EP2159526A2

EP2159526A2 - Bearbeitungsanlage für Schüttgut

Info

Publication number: EP2159526A2
Application number: EP09008717A
Authority: EP
Inventors: Berhard Stark; Olaf Hustert; Christoph Schumacher; Michael Dipl.-Ing. Dürr; Gero Weber; Günther Dehm; Jörg SCHULTE
Original assignee: Coperion GmbH
Current assignee: Coperion GmbH
Priority date: 2008-08-18
Filing date: 2009-07-03
Publication date: 2010-03-03
Also published as: EP2159526A3; DE102009014786A1

Abstract

Eine Bearbeitungsanlage (1) für Schüttgut hat eine Schüttgut-Fördervorrichtung (2) und eine Schüttgut-Wärmetauschervorrichtung (3). Ein Aufgabepunkt (13), an dem das Schüttgut mit Fördergas zusammengeführt ist, ist im Strömungsweg des Schüttguts vor einem Eintritt in einen Wärmetauscherabschnitt (20) der Wärmetauschervorrichtung (3) angeordnet. Zwischen dem Aufgabepunkt (13) und Eintrittsöffnungen (22) von Wärmetauscherrohren (21) der Wärmetauschervorrichtung (3) ist ein Sammelraum (16) eines Wärmetauschergehäuses (17) angeordnet, in den alle Eintrittsöffnungen (23) einmünden. Die Zuführeinrichtungen (4, 9) für das Schüttgut und das Fördergas sind so aufeinander und das zu bearbeitende Schüttgut abgestimmt, dass zumindest in den Wärmetauscherrohren (21) eine pneumatische Förderung des Schüttguts vorliegt. Es resultiert eine Bearbeitungsanlage, bei der unter Einsatz eines Schüttgut-Wärmetauschers eine effiziente Bearbeitung des Schüttguts erfolgt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Bearbeitungsanlage für Schüttgut mit einer Schüttgut-Fördervorrichtung und einer Schüttgut-Wärmetauschervorrichtung.
Schüttgut-Wärmetauscher sind bekannt aus der DE 10 2004 044 586 A1 und der DE 10 2004 041 375 A1 .
Fließbett- bzw. Wirbelschicht-Wärmetauscher sind bekannt aus der DE 198 51 997 A1 , der EP 0 973 716 B1 , der DE 601 19 659 T2 , der DE 39 39 029 C2 , der DE 38 31 385 C2 und der DE 600 113 05 T2 . Der zusammen mit einem gasförmigen Medium das Fließbett bildende Feststoff wird dabei im Wärmetauscher entweder in fluidisiertem Zustand gehalten oder stellt ein Hilfsmedium zur Wärmeübertragung bzw. zur Entfernung von Belägen an Wärmeübertragungsflächen, jedoch nicht das zu bearbeitende Prozessmedium dar. Bei bestimmten vorbekannten dieser Wärmetauscher wird Wärmeträger-Fluid in Wärmetauscherrohren geführt.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Bearbeitungsanlage unter Einsatz eines Schüttgut-Wärmetauschers so weiterzubilden, dass eine effiziente Bearbeitung des Schüttguts erfolgt.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch eine Bearbeitungsanlage mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen.
Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass sich das Konzept des eine Mehrzahl von Wärmetauscherrohren, die vom zu kühlenden oder zu heizenden Schüttgut durchströmt werden, aufweisenden Schüttgut-Wärmetauschers mit dem Konzept einer pneumatischen Förderung des Schüttguts durch die Wärmetauscherrohre verbinden lässt. Die pneumatische Förderung ist je nach Anwendung als Pfropfenförderung, als Strähnenförderung oder als Flugförderung ausgeführt. Überraschend lässt sich auch in der Mehrzahl der Wärmetauscherrohre eine solche pneumatische Förderung realisieren, ohne dass die Förderung bei einzelnen der Wärmetauscherrohre zusammenbricht. Zudem ergibt sich eine überraschend hohe Wärmeübertragungseffizienz im vom Schüttgut mittels pneumatischer Förderung durchförderten Wärmetauscherabschnitt. Die erfindungsgemäße Bearbeitungsanlage stellt daher eine Abkehr von den im Stand der Technik bekannten Fließbett- oder Wirbelschicht-Wärmetauscherkonzepten dar. Die Leerrohrgasgeschwindigkeit ist bei der erfindungsgemäßen pneumatischen Förderung in der Regel größer als die zehnfache Fluidisiergeschwindigkeit, die bei den Fließbett- oder Wirbelschicht-Wärmetauschern üblicherweise zum Einsatz kommt. Im Vergleich zu den Fließbett- oder Wirbelschicht-Wärmetauschern kommt es zu einer sehr viel geringeren Verweilzeit des Schüttguts zwischen den Eintritts- und den Austrittsöffnungen der Wärmetauscherrohre und gleichzeitig zu einem engen Verweilzeitspektrum des Schüttguts im Wärmetauscherabschnitt. Weiterhin ergibt sich eine deutlich messbare Temperaturdifferenz (ΔT in der Regel größer als 1 K) zwischen der Schüttguteintrittstemperatur in die Wärmetauscherrohre und der Schüttgutaustrittstemperatur aus den Wärmetauscherrohren, was bei den Fließbett- oder Wirbelschicht-Wärmetauschern nicht der Fall ist. Die Temperaturdifferenz zwischen der Schüttguteintrittstemperatur in die Wärmetauscherrohre und der Schüttgutaustrittstemperatur aus den Wärmetauscherrohren kann größer sein als 5 K, größer sein als 10 K und größer sein als 20 K. Die pneumatische Förderung kann als Druck- oder als Saugförderung durch die Wärmetauschervorrichtung betrieben werden. Prinzipiell können in der erfindungsgemäßen Bearbeitungsanlage auch mehrere Wärmetauschervorrichtungen in Reihe hintereinander geschaltet sein. Die Wärmetauscherrohre können einen Innendurchmesser haben, der im Bereich von 5 mm bis 100 mm, bevorzugt im Bereich von 8 mm bis 60 mm und stärker bevorzugt im Bereich zwischen 10 mm bis 30 mm liegt. Der Innendurchmesser der Wärmetauscherrohre kann beispielsweise 26 mm betragen. Je kleiner der Innendurchmesser der Wärmetauscherrohre ist, desto höher ist die Fördergasgeschwindigkeit im Wärmetauscherrohr. Die Fördergasgeschwindigkeiten können im Bereich zwischen 10 m/s und 100 m/s, bevorzugt zwischen 20 m/s und 70 m/s und noch mehr bevorzugt zwischen 30 m/s und 40 m/s liegen. Je höher die Fördergasgeschwindigkeit ist, desto größer ist der Druckverlust längs einer gegebenen Wärmetauscherrohrlänge. Je größer der Druckverlust ist, desto besser kann eine Verteilung des Schüttguts auf die einzelnen Wärmetauscherrohre erfolgen. Bei einem kleineren Innendurchmesser der Wärmetauscherrohre ergibt sich ein kleinerer Abstand zwischen der Rohrwand und der zentralen Rohrachse, was wiederum zu einem besseren Wärmeaustausch zwischen dem Schüttgut und der Wand des jeweiligen Wärmetauscherrohrs und damit zu einer verbesserten Wärmeübertragungsleistung der Wärmetauschervorrichtung führt. Kleinere Wärmetauscherrohrdurchmesser schaffen die Möglichkeit der Ausgestaltung eines insgesamt schlankeren und ggf. längeren Wärmetauscherabschnitts, was fertigungstechnisch zu Kostenvorteilen im Vergleich zu einem Wärmetauscherabschnitt mit gleicher Anzahl von Wärmetauscherrohren größeren Innendurchmessers führt.
Eine vertikale Anordnung der Wärmetauscherrohre nach Anspruch 2 hat sich als besonders geeignet herausgestellt. Prinzipiell können die Wärmetauscherrohre jedoch auch anders orientiert und insbesondere horizontal, also liegend, angeordnet sein. Die pneumatische Förderung kann von unten nach oben, wahlweise auch von oben nach unten erfolgen.
Strukturierungen der Wärmetauscherrohre nach Anspruch 3 können zum Beispiel als von außen angebrachte Eindellungen und/oder Erhebungen mit typischen Dimensionen einerseits ihres Durchmessers und andererseits ihrer Abweichung von einer umgebenden Mantelwand des Wärmetauscherrohrs im Bereich von 1 mm bis zu einem oder mehreren cm ausgebildet sein. Derartige Strukturen können auch als zusätzliche Querschnitts-Profilelemente, wie beispielsweise Rippen, zur Vergrößerung der inneren Oberfläche der Wärmetauscherrohre ausgebildet sein.
Eine Anordnung nach Anspruch 4 führt zu einer pneumatischen Förderung des Schüttguts von unten nach oben. Hierbei können Konzepte einer pneumatischen Senkrechtförderung zum Einsatz kommen, die beispielsweise aus der DE 39 01 110 A1 und der DE 33 32 764 A1 bekannt sind. Grundsätzlich kann die pneumatische Förderung auch von oben nach unten oder auch in horizontaler Richtung erfolgen.
Ein Rohrbogen nach Anspruch 5 führt zu einer Umlenkung des Schüttgut-Strömungswegs mit einer insbesondere bei verschleißendem Schüttgut geringen mechanischen Belastung von Komponenten der Bearbeitungsanlage. Bei im Hinblick auf kornbruchempfindlichem Schüttgut reduziert ein Rohrbogen die Gefahr eines Kornbruchs bei der Umlenkung.
Dimensionsverhältnisse einer dem Rohrbogen nachgeordneten Förderleitung nach Anspruch 6 führen zu einer guten und gleichmäßigen Verteilung des Schüttguts im Erweiterungsabschnitt, sodass alle Wärmetauscherrohre des Wärmetauscherabschnitts gleichmäßig mit Schüttgut beaufschlagt sind. Das Dimensionsverhältnis LF/DF kann auch größer sein als 10 und kann bevorzugt größer sein als 20.
Ein Dimensionsverhältnis R/DF nach Anspruch 7 hat sich ebenfalls zur Gewährleistung einer gleichmäßigen Beschickung aller Wärmetauscherrohre als besonders geeignet herausgestellt. Das Dimensionsverhältnis R/DF liegt insbesondere im Bereich zwischen 3 und 10.
Eine Prallplatte nach Anspruch 8 hat neben der Umlenkfunktion und einer guten Dispergierung des Schüttguts im Förderleitungsquerschnitt auch die Funktion einer Auflösung von ggf. vor der Prallplatte noch vorliegenden Schüttgut-Agglomeraten.
Ein Verjüngungsabschnitt nach Anspruch 9 gewährleistet eine gute Zusammenführung des Schüttguts nach dessen Austritt aus den Wärmetauscherrohren. Der Verjüngungsabschnitt und auch der Erweiterungsabschnitt des Wärmetauschergehäuses können konisch ausgeführt sein und einen Öffnungswinkel insbesondere im Bereich von 60° haben.
Mindestens ein Sieb nach Anspruch 10 kann eine Zurückhaltung oder eine Auflösung von Schüttgut-Agglomeraten vor der Wärmetauschervorrichtung gewährleisten. Es kann ein einzelnes Sieb oder es können auch zwei Siebe mit insbesondere unterschiedlicher Maschenweite zwischen dem Aufgabepunkt und den Eintrittsöffnungen vorgesehen sein.
Ein Verdrängungselement nach Anspruch 11 kann ebenfalls zu einer Vergleichmäßigung der Beaufschlagung der Wärmetauscherrohre mit Schüttgut führen.
Eine Unterteilung des Erweiterungsabschnitts in eine Erweiterungszone und eine Beruhigungszone nach Anspruch 12 gewährleistet ebenfalls eine Vergleichmäßigung der Beaufschlagung der Wärmetauscherrohre mit Schüttgut. Beim Innenquerschnitt des Wärmetauscherabschnitts handelt es sich um die gesamte lichte Weite des Wärmetauscherabschnitts, die natürlich immer größer ist als die Summe der Querschnitte der im Wärmetauscherabschnitt verlaufenden Wärmetauscherrohre. Ein Dimensionsverhältnis LBZ/DBZ größer als 0,1 hat sich als besonders geeignet herausgestellt. Dieses Dimensionsverhältnis LBZ/DBZ ist bevorzugt größer als 0,5 und mehr bevorzugt größer als 1.
Querschnitts-Dimensionsverhältnisse QF/QWTR nach Anspruch 13 haben sich zur Erzielung einer hohen Wärmetauschereffizienz als besonders geeignet herausgestellt. Überraschend kann dabei auch eine Geometrie vorliegen, bei der das Wärmetauschergehäuse insgesamt einen kleineren Durchmesser hat als die Förderleitung zwischen dem Aufgabepunkt und dem Wärmetauschergehäuse. Bevorzugt beträgt das Dimensionsverhältnis QF/QWTR zwischen 0,5 und 50 und noch mehr bevorzugt zwischen 1 und 30.
Beim Einsatz einer Mahlvorrichtung in einer Bearbeitungsanlage nach Anspruch 14 kommen die Vorteile in Verbindung mit der nachgeschalteten Wärmetauschervorrichtung besonders gut zum Tragen. Die Bearbeitungsanlage kann mit verschiedenen Schüttgütern im Bereich der Pulverlacke, im Bereich der chemischen Industrie, im Bereich der Lebensmittelindustrie, der Pharmaindustrie, der kosmetischen Industrie, im Bereich faseriger Naturprodukte und Futtermittel sowie mit Mineralien als Schüttgütern betrieben werden. Insbesondere beim Einsatz der Bearbeitungsanlage zum Herstellen von Pulverlacken kann auf eine aufwändige Stickstoffkühlung nach der Mahlvorrichtung verzichtet werden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:

Fig. 1: eine Bearbeitungsanlage für Schüttgut mit einer pneumatischen Fördervorrichtung und einer Wärmetauschervorrichtung;
Fig. 2: stärker im Detail einen Ausschnitt der Bearbeitungsanlage im Bereich eines Einlaufs des Schüttguts in die Wärmetauschervorrichtung;
Fig. 3: stark schematisch im Querschnitt einen Erweiterungsabschnitt eines Gehäuses des Wärmetauschers;
Fig. 4: stark schematisch im Querschnitt einen Verjüngungsabschnitt des Wärmetauschergehäuses;
Fig. 5: einen Querschnitt durch einen Wärmetauscherabschnitt des Wärmetauschergehäuses;
Fig. 6: eine weitere Ausführung einer Schüttgut-Bearbeitungsanlage mit einer pneumatischen Fördervorrichtung und einer Wärmetauschervorrichtung, und
Fig. 7: eine weitere Ausführung einer Schüttgut-Bearbeitungsanlage mit einer pneumatischen Fördervorrichtung, einer Mahlvorrichtung und einer Wärmetauschervorrichtung.

Eine Bearbeitungsanlage 1 für Schüttgut, die insgesamt schematisch in der Figur 1 dargestellt ist, hat eine Fördervorrichtung 2 für das Schüttgut und eine Wärmetauschervorrichtung 3 zum Kühlen und/oder Heizen des Schüttguts.
Die Fördervorrichtung 2 hat eine Schüttgut-Zuführeinrichtung 4 mit einem Aufgabebehälter 5. Aus dem Aufgabebehälter 5 wird über ein Einspeiseorgan 6, bei der dargestellten Ausführung mit einer Zellenradschleuse, das Schüttgut 7 in eine pneumatische Druck-Förderleitung 8 aufgegeben. Bei der Zellenradschleuse 6 kann es sich um eine Durchblas- oder um eine Austragsschleuse handeln. Alternativ kann als Einspeiseorgan 6 auch ein Drucksendegefäß, eine Schneckenschleuse oder eine Doppelklappenschleuse zum Einsatz kommen.
Die Fördervorrichtung 2 hat weiterhin eine Zuführeinrichtung 9 für ein Fördergas. Die Zuführeinrichtung 9 hat ein Druckgasnetz 10, aus dem das Fördergas entnommen wird. Alternativ zur Entnahme über das Druckgasnetz 10 kann das Fördergas auch von einem Druckgaserzeuger wie beispielsweise einem Drehkolbengebläse, einem Ventilator oder einem Schraubenverdichter erzeugt werden. Bei dem Fördergas handelt es sich um Luft. Alternativ kann auch Stickstoff, der mit Kohlenwasserstoffen verunreinigt sein kann, zum Einsatz kommen. Das Fördergas kann auch vollständig aus einem oder mehreren Kohlenwasserstoffen bestehen. Hier können beispielsweise kurzkettige gasförmige Kohlenwasserstoffe wie Ethan, Ethen, Ethylen, Propan, Propen, Butan oder Buten zum Einsatz kommen. Das Fördergas strömt vom Druckgasnetz 10 in einer Reingasleitung 11 zu einer Gasmengenregelung 12. Mit Hilfe der Gasmengenregelung 12, die einen Luft- bzw. Gasmengensensor oder einen Drucksensor sowie ein ansteuerbares Drosselventil beinhaltet, wird eine Fördergasmenge zur pneumatischen Förderung des Schüttguts 7 geregelt vorgegeben. Im Strömungsweg des Fördergases nach der Gasmengenregelung 12 strömt das Fördergas in der Reingasleitung 11 hin zu einem Aufgabepunkt 13. An diesem vermischt sich das Fördergas mit dem über das Einspeiseorgan 6 zugegebenen Schüttgut 7.
Nach dem Aufgabepunkt 13 wird ein Gemisch aus dem Schüttgut und dem Fördergas in der Förderleitung 8 über einen Rohrbogen 14 und einen Förderleitungsabschnitt 15 einem Erweiterungsabschnitt 16 eines Wärmetauschergehäuses 17 der Wärmetauschervorrichtung 3 zugeführt. Der Förderleitungsabschnitt 15 kann zwischen dem Rohrbogen 14 und dem Erweiterungsabschnitt 16 im Vergleich zur sonstigen Förderleitung 8 im Querschnitt erweitert ausgeführt sein. Dies kann eine Dispergierung des Schüttguts 7 vor dem Erweiterungsabschnitt 16 verbessern.
Ein Dimensionsverhältnis R/DF zwischen einem Biegeradius R des Rohrbogens 14 und einem Außendurchmesser DF der Förderleitung 8 zwischen dem Rohrbogen 14 und dem Erweiterungsabschnitt 16 beträgt bei der dargestellten Ausführung (vgl. Figur 2) etwa 3. Auch andere Dimensionsverhältnisse R/DF in einem Bereich zwischen 1,5 und 20, insbesondere in einem Bereich zwischen 3 und 10, sind möglich.
Ein Dimensionsverhältnis LF/DF zwischen einer Länge LF des Förderleitungsabschnitts 15 zwischen dem Rohrbogen 14 und dem Erweiterungsabschnitt 16 und einem Außendurchmesser DF dieses Förderleitungsabschnitts 15 beträgt bei der dargestellten Ausführung (vgl. Figur 2) etwa 6. Auch andere Dimensionsverhältnisse LF/DF, die größer oder gleich 5, 10 oder 20 sind, sind möglich.
Im Zusammenhang mit den Dimensionsverhältnissen R/DF und LF/DF wird vorausgesetzt, dass ein Innendurchmesser des Förderleitungsabschnitts 15 groß ist gegenüber einer Differenz zwischen dem Außendurchmesser und dem Innendurchmesser des Förderleitungsabschnitts 15. Soweit diese Voraussetzung nicht gegeben ist, ist beim Dimensionsverhältnis LF/DF für DF der Innendurchmesser des Förderleitungsabschnitts 15 einzusetzen.
Der Erweiterungsabschnitt 16 hat im Schüttgutströmungsweg zunächst eine konische Erweiterungszone 18 mit sich entsprechend einem Konusöffnungswinkel αE (vgl. Figur 3) stetig vergrößerndem Förderquerschnitt und anschließend eine Beruhigungszone 19 mit konstantem Förderquerschnitt DBZ. Der Förderquerschnitt DBZ der Beruhigungszone 19 entspricht im Beispiel der Fig. 2 dem Innenquerschnitt eines dem Erweiterungsabschnitt 16 nachfolgenden Wärmetauscherabschnitts 20 des Wärmetauschergehäuses 17. Bei nicht dargestellten Ausführungsvarianten kann der Förderquerschnitt DBZ der Beruhigungszone 19 auch größer sein als der Innenquerschnitt des nachfolgenden Wärmetauscherabschnitts 20. Die Beruhigungszone 19 kann als sich in Förderrichtung konisch verjüngende Zone zwischen der Erweiterungszone 18 und dem Wärmetauscherabschnitt 20 ausgeführt sein.
Der Konuswinkel αE beträgt bei der dargestellten Ausführung 60°. Der Konuswinkel αE kann zwischen 30° und 90° betragen.
Ein Dimensionsverhältnis LBZ/DBZ zwischen einer Länge LBZ (vgl. Figur 2) der Beruhigungszone 19 und dem Förderquerschnitt, also dem Durchmesser DBZ, der Beruhigungszone 19 beträgt bei der dargestellten Ausführung etwa 0,7. Auch andere Dimensionsverhältnisse LBZ/DBZ sind möglich, insbesondere ein Verhältnis LBZ/DBZ, das-größer ist als 0,1, größer ist als 0,5 oder auch größer ist als 1.
Im Wärmetauscherabschnitt 20 der Wärmetauschervorrichtung 3 ist eine Mehrzahl von Wärmetauscherrohren 21 angeordnet. Eines dieser Wärmetauscherrohre 21 ist gestrichelt in der Figur 2 angedeutet. Eine mögliche Anordnung der Wärmetauscherrohre 21 im Wärmetauscherabschnitt 20 des Wärmetauschergehäuses 17 ist der Querschnittsdarstellung der Figur 5 zu entnehmen. Jedes der Wärmetauscherrohre 21 hat eine Eintrittsöffnung 22 für das Schüttgut 7 und eine Austrittsöffnung 23 für das Schüttgut 7. Der Erweiterungsabschnitt 16 ist unterhalb der Eintrittsöffnungen 22 angeordnet.
Der Erweiterungsabschnitt 16 gibt einen Sammelraum vor, in den alle Eintrittsöffnungen 22 der Wärmetauscherrohre 21 einmünden.
In den Wärmetauscherabschnitt 20 mündet ein Zuführ-Stutzen einer Zuführung 24 für ein Wärmeträger-Fluid ein. Aus dem Wärmetauscherabschnitt 20 mündet ein Abführ-Stutzen einer Abführung 25 für das Wärmeträger-Fluid aus. Bei dem Wärmeträger-Fluid kann es sich um Wasser, um Dampf, um ein Wärmeträgeröl oder auch um ein Gas, beispielsweise um Luft, handeln. Das Wärmeträger-Fluid ist im Innenraum des Wärmetauscherabschnitts 20 des Wärmetauschergehäuses 17 im Strömungsweg von der Zuführung 24 hin zur Abführung 25 zwischen den Wärmetauscherrohren 21 geführt. Im Innenraum des Wärmetauscherabschnitts 20 können Umlenkplatten quer zur Längsrichtung der Wärmetauscherrohre 21 im Abstand voneinander so angebracht sein, dass das Wärmeträger-Fluid zwischen der Zuführung 24 und der Abführung 25 mäanderförmig durch den Innenraum des Wärmetauscherabschnitts 20 jeweils quer zur Längsrichtung der Wärmetauscherrohre 21 schrittweise von oben nach unten strömt. Der Wärmetauscherabschnitt 20 ist also für einen Kreuzgegenstrom des Wärmeträgerfluids relativ zum durch die Wärmetauscherrohre 21 transportierten Schüttgut 7 ausgelegt. Der Innenraum des Wärmetauscherabschnitts 20 zwischen den Wärmetauscherrohren 21 kann mit einer die Wärmetauscherrohre 21 umhüllenden Schüttung aus Glaskugeln, Stahlkugeln oder Kunststoffgranulat gefüllt sein, die zur Verbesserung eines Wärmeübergangs zwischen dem Wärmeträger-Fluid und den Wärmetauscherrohren 21 beiträgt.
Bei einer alternativen Ausführung des Wärmetauscherabschnitts 20 münden in diesen mehrere Zuführungen ein und aus diesem mehrere Abführungen für das Wärmeträger-Fluid aus. Zwischen diesen Zu- und Abführungen können dann voneinander getrennte Wege für das Wärmeträger-Fluid vorgesehen sein. Der Wärmetauscherabschnitt kann bei dieser Variante längs des Förderweges in Unterabschnitte unterteilt sein, wobei jedem Unterabschnitt eine Zuführung und eine Abführung für das Wärmeträger-Fluid zugeordnet ist.
Ein Teilungsabstand der Wärmetauscherrohre 21 beträgt 1,05 D ≤ b ≤ 3 D und bevorzugt 1,10 D ≤ b ≤ 1,25 D. Hierbei ist D der Außendurchmesser eines der Wärmetauscherrohre 21 und b der Abstand der Mittelachsen zweier benachbarter Wärmetauscherrohre 21 (vgl. Figur 5). In der Fig. 5 ist beispielhaft auch der Innendurchmesser d eines der Wärmetauscherrohre 21 eingezeichnet. Die Wärmetauscherrohre 21 haben einen Innendurchmesser d von 26 mm. Je nach Ausgestaltung des Wärmetauschergehäuses 17 und Anpassung an die Verhältnisse des zu temperierenden Schüttguts können die Wärmetauscherrohre 21 einen Innendurchmesser d haben, der im Bereich von 5 mm bis 100 mm liegt. Typische Innendurchmesser d der Wärmetauscherrohre 21 liegen je nach Ausgestaltung des Wärmetauscherabschnitts 17 im Bereich zwischen 8 mm und 60 mm und liegen im Regelfall zwischen 10 mm und 30 mm.
Die Wärmetauscherrohre 21 sind einerseits im Bereich der Eintrittsöffnungen 22 und andererseits im Bereich der Austrittsöffnungen 23 über nicht näher dargestellte Rohrböden mit dem Wärmetauschergehäuse 17 verbunden. Die Eintrittsöffnungen 22 und die Austrittsöffnungen 23 können trichterförmig ausgebildet sein. Die Eintrittsöffnungen 22 und die Austrittsöffnungen 23 können im jeweiligen Rohrboden versenkt ausgeformt sein. Endabschnitte der Wärmetauscherrohre 21 mit den Eintrittsöffnungen 22 einerseits und den Austrittsöffnungen 23 andererseits stehen dann nicht über die zugeordneten Rohrböden über.
Im Bereich des Wärmetauscherabschnitts 20 kann mindestens ein Vibrator am Wärmetauschergehäuse 17 angeordnet sein. Die durch den Vibrator erzeugte Vibration des Wärmetauscherabschnitts 20 kann einen Wärmeübergang zwischen dem Wärmeträger-Fluid und dem Schüttgut 7 weiter verbessern.
Die Wärmetauscherrohre 21 haben bei der dargestellten Ausführung eine Länge von 4 m. Auch andere Längen zwischen 0,5 m und 50 m, bevorzugt zwischen 0,5 m und 24 m, mehr bevorzugt zwischen 1 m und 12 m und noch mehr bevorzugt zwischen 2 m und 6 m sind möglich.
Die Wärmetauscherrohre 21 sind vertikal angeordnet. Zur Vergrößerung einer äußeren und/oder einer inneren Oberfläche können die Wärmetauscherrohre 21 strukturiert sein. Dies ist in der Figur 5 schematisch bei einem der Wärmetauscherrohre 21 dargestellt. Die oberflächenvergrößernden Strukturen können als Eindellungen 26 oder als Erhebungen 27 im Rohrmantel der Wärmetauscherrohre 21 ausgeführt sein. Eine typische Dimension E der Eindellungen 26 bzw. der Erhebungen 27 sowie eine typische Abweichung A der Eindellungen 26 bzw. der Erhebungen 27 von der sie umgebenden Mantelwand der Wärmetauscherrohre 21 kann im Bereich zwischen 1 mm und 1 cm liegen. Alternativ oder zusätzlich zu den Eindellungen 26 bzw. den Erhebungen 27 können die Wärmetauscherrohre 21 zusätzliche Querschnitts-Profilelemente 28 zur Vergrößerung einer inneren Oberfläche der Wärmetauscherrohre 21 aufweisen. Diese Querschnitts-Profilelemente 28 sind in der Figur 5 als radial in einem der Wärmetauscherrohre 21 verlaufende Rippen dargestellt. Die Querschnitts-Profilelemente 28 können zusammen mit den Wärmetauscherrohren 21 extrudierte Profilabschnitte sein. Alternativ ist es möglich, die Querschnitts-Profilelemente 28 als vom sonstigen Wärmetauscherrohr 21 separate und insbesondere metallische Einbauten zu realisieren.
Im Schüttgutströmungsweg innerhalb des Erweiterungsabschnitts 16 kann, wie in der Figur 2 schematisch angedeutet ist, ein Verdrängungselement 29 angeordnet sein. Dieses hat bei der in der Figur 2 dargestellten Ausführung die Form eines zum Förderleitungsabschnitt 15 ausgerichteten, spitz zulaufenden Konus. Bei einer alternativen, nicht dargestellten Variante kann das Verdrängungselement auch zwei an der Basis miteinander verbundene Konen aufweisen, wobei die beiden Konen gleiche Basisflächen haben und zusätzlich zum Konus entsprechend dem des in der Fig. 2 dargestellten Verdrängungselements 29 noch ein hiervon abgewandter, also zum Wärmetauscherabschnitt 20 hin ausgerichteter weiterer Konus, vorhanden ist. Bei dieser alternativen Ausrichtung des Verdrängungselements können die beiden Konen unterschiedliche Konuswinkel haben. Der zum Wärmetauscherabschnitt 20 ausgerichtete Konus kann hierbei den größeren Konuswinkel aufweisen. Mit Hilfe von Haltestreben 30 ist das Verdrängungselement 29 in der Erweiterungszone 18 des Erweiterungsabschnitts 16 festgelegt. Das Verdrängungselement 29 dient aufgrund der umlenkenden Wirkung der Konuswand zur Verbesserung einer Verteilung des aus dem Förderleitungsabschnitt 15 in die Wärmetauschervorrichtung 3 einströmenden Schüttguts 7 auf die einzelnen Wärmetauscherrohre 21. Bei einer weiteren Ausführung können anstelle eines einzigen Verdrängungselements im Erweiterungsabschnitt 16 auch ein oder mehrere zentrisch angeordnete trichterförmige Leitbleche angeordnet sein. Diese können ebenfalls eine Vergleichmäßigung der Beaufschlagung der Wärmetauscherrohre 21 mit dem Schüttgut 7 bewirken.
Ein Dimensionsverhältnis QF/QWTR zwischen einer Querschnittsfläche QF der Förderleitung 8 zwischen dem Aufgabepunkt 13 und dem Erweiterungsabschnitt 16 und einer Querschnittsfläche QWTR, die die Summe aller Querschnittsflächen QW aller Wärmetauscherrohre 21 darstellt, liegt bei 0,25 ≤ QF/QWTR ≤ 100. Das Dimensionsverhältnis QF/QWTR kann auch zwischen 0,5 und 50, insbesondere zwischen 1 und 30 liegen.
Zwischen dem Aufgabepunkt 13 und den Eintrittsöffnungen 22 der Wärmetauscherrohre 21 kann mindestens ein Sieb 31 angeordnet sein. Eine Maschenweite des Siebs kann größer sein als eine Korngröße des Schüttguts 7. Anstelle eines einzelnen Siebs können auch zwei Siebe mit insbesondere unterschiedlichen Maschenweiten vorgesehen sein. Bei der Ausführung nah Figur 1 ist das Sieb 31 in der Erweiterungszone 18 des Erweiterungsabschnitts 16 angeordnet.
Dem Wärmetauscherabschnitt 20 ist im Wärmetauschergehäuse 17 ein Verjüngungsabschnitt 32 nachgeordnet. Der Verjüngungsabschnitt 32 ist als sich mit einem Konuswinkel αV (vgl. Fig. 4) verjüngender Konusabschnitt ausgeführt. Der Konusöffnungswinkel αV des Verjüngungsabschnitts 32 beträgt bei der dargestellten Ausführung 60°. Der Konusöffnungswinkel αV kann Werte zwischen 50° und 120° haben.
Querschnittsflächen des Erweiterungsabschnitts 16, des Wärmetauscherabschnitts 20 und des Verjüngungsabschnitts 32 sind bei der dargestellten Ausführung rund ausgeführt. Alternativ können diese Querschnittsflächen auch dreieckig, quadratisch oder mehreckig ausgerührt sein.
Der Verjüngungsabschnitt 32 gibt einen Sammelraum vor, in den alle Austrittsöffnungen 23 der Wärmetauscherrohre 21 ausmünden.
Über den Verjüngungsabschnitt 32 wird das Gemisch aus Fördergas und Schüttgut 7 einer Auslauf-Förderleitung 33 zugeführt. Der Auslauf-Förderleitung 33 nachgeordnet ist ein Abscheider 34. Dieser ist in der Figur 1 als Zyklonabscheider dargestellt. Alternativ kann es sich beim Abscheider 34 auch um einen Filter handeln. Das gereinigte Fördergas wird über eine Abgasleitung 35 abgeführt. Das im Abscheider 34 abgeschiedene Schüttgut 7 wird über ein Austragsorgan 36 ausgetragen, bei dem es sich wiederum um eine Zellenradschleuse handeln kann.
Dargestellt ist in der Figur 1 die Fördervorrichtung 2 ausgebildet als Druckförderung. Alternativ ist es möglich, die Fördervorrichtung 2 als Saugförderung auszugestalten. Anstelle des Druckgasnetzes 10 ist dann in der Förderleitung 8 ein Ansaugfilter für das Fördergas angeordnet. An die Abgasleitung 35 ist dann ein Sauggebläse angeschlossen.
Im Förderleitungsabschnitt 15 und in der Auslauf-Förderleitung 33 ist jeweils eine Weiche 37, 38 vorgesehen, die über eine Bypassleitung 39 miteinander verbunden sind. Hierdurch können der Erweiterungsabschnitt 16, der Wärmetauscherabschnitt 20 und der Verjüngungsabschnitt 32, also die gesamte Wärmetauschervorrichtung 3, zum Beispiel zu Reinigungszwecken im Betrieb der Bearbeitungsanlage 1 umfahren werden. Um das im Bereich des Erweiterungsabschnitts 16, des Wärmetauscherabschnitts 17 und des Verjüngungsabschnitts 32 befindliche Schüttgut 7 entfernen zu können, ist eine Schüttgutauslassöffnung 40 oberhalb der Weiche 37 im Förderleitungsabschnitt 15 vorgesehen. Zu Reinigungszwecken können weiterhin in den Abschnitten 16, 20, 32 Inspektionsöffnungen vorgesehen sein, die in der Zeichnung nicht dargestellt sind.
In den Wärmetauscherrohren 21 findet eine pneumatische Förderung des Schüttguts 7 statt. Die Zuführeinrichtungen 4, 9 für das Schüttgut 7 einerseits und das Fördergas andererseits sind dabei so aufeinander und auf das zu bearbeitende Schüttgut 7 abgestimmt, dass zumindest in den Wärmetauscherrohren 21 die pneumatische Förderung des Schuttguts 7 vorliegt. Eine Leerrohrgasgeschwindigkeit in den Wärmetauscherrohren 21 ist mindestens 10 mal so groß wie eine minimale Fluidisiergeschwindigkeit im entsprechenden Innenrohrdurchmesser des Wärmetauscherrohres 21. Die Fördergas-Zuführeinrichtung 9 kann auch so ausgelegt sein, dass die Leerrohrgasgeschwindigkeit in den Wärmetauscherrohren 21 50 mal oder 100 mal so groß ist wie diese minimale Fluidisiergeschwindigkeit. Diese Auslegung ist so, dass die Fluidisiergeschwindigkeit auf hohen Wärmeübergang bei niedrigem Fördergas-Druckverlust optimiert ist.
Eine Verweilzeit des Schüttguts 7 liegt im Betrieb der Bearbeitungsanlage 1 zwischen der Eintrittsöffnung 22 und der Austrittsöffnung 23 eines individuellen Wärmetauscherrohrs 21 bei weniger als 30 s, bevorzugt bei weniger als 20 s oder weniger als 5 s. Je kleiner die Temperaturdifferenz zwischen einer Temperatur des Schüttguts beim Austritt aus den Wärmetauscherrohren 21 einerseits und einer Temperatur des Wärmeträger-Fluids beim Eintritt in den Wärmetauscherabschnitt 20 andererseits ist bzw. je mehr Wärme zwischen dem Schüttgut und dem Wärmeträger-Fluid übertragen werden muss, desto größer ist die Verweilzeit in den Wärmetauscherrohren 21.
Bei der pneumatischen Förderung liegt eine Beladung µ vor, die definiert ist als Verhältnis des Schüttgutmassenstroms zum Fördergasmassenstrom (Einheit: [kg/kg]), die größer ist als 1, und die größer sein kann als 5, größer als 10, größer als 15, größer als 20 und auch größer als 35.
Eine Temperaturdifferenz des Schüttguts 7 zwischen der Temperatur des Schüttguts 7 im Bereich der Eintrittsöffnung 22 und der Temperatur des Schüttguts 7 im Bereich der Austrittsöffnung 23 eines individuellen Wärmetauscherrohrs 21 ist größer als 10 K.
Anstelle des Rohrbogens 14 kann im Strömungsweg des Schüttguts 7 zwischen dem Aufgabepunkt 13 und dem Erweiterungsabschnitt 16 auch ein Umlenkabschnitt in Form einer Prallplatte vorgesehen sein.
Die Bearbeitung des Schüttguts 7 in der Bearbeitungsanlage 1 geschieht folgendermaßen: Über die Gasmengenregelung 12 sind die Zuführeinrichtungen 4, 9 so aufeinander und auf das zu bearbeitende Schüttgut abgestimmt, dass in der Förderleitung 8, in den Wärmetauscherrohren 21 und in der Auslauf-Förderleitung 33 eine pneumatische Förderung des Schüttguts 7 vorliegt. Im Erweiterungsabschnitt 16 und im Verjüngungsabschnitt 32 muss nicht zwangsläufig eine pneumatische Förderung des Schüttguts 7 vorliegen. Hier kann das Schüttgut-/Förderluftgemisch auch im fluidisierten Zustand vorliegen. Der Förderquerschnitt des Erweiterungsabschnitts 16 kann größer sein als der nachfolgende Querschnitt des Wärmetauscherabschnitts 20, der mit dem Querschnitt des die Wärmetauscherrohre 21 halternden Rohrbodens übereinstimmen kann. Dieser größere Förderquerschnitt im Erweiterungsabschnitt 16 kann zur Reduzierung der Fördergasgeschwindigkeit und dadurch begünstigten Vergleichmäßigung des Schüttgut/Fördergasgemisches vor dem Eintritt in die Wärmetauscherrohre 21 gewählt werden.
Beim Förderdurchgang durch die Wärmetauscherrohre 21 erfolgt ein Wärmeaustausch zwischen dem Schüttgut 7 und dem die Wärmetauscherrohre 21 umgebenden Wärmeträger-Fluid. Dabei nähert sich die Temperatur des Schüttguts 7 beim Durchgang durch die Wärmetauscherrohre 21 an die Temperatur des Wärmeträger-Fluids an. Eine Temperaturdifferenz des Schüttguts 7 zwischen der Temperatur an den Eintrittsöffnungen 22 und der Temperatur an den Austrittsöffnungen 23 der Wärmetauscherrohre 21 hängt vom Temperaturunterschied zwischen dem eintrittsseitigen Schüttgut 7 und dem Wärmeträger-Fluid sowie von den pneumatischen Förderbedingungen und von der Wärmeübergangseffizienz ab. Diese Temperaturdifferenz liegt in der Regel bei mindestens einem Kelvin und ist in jedem Fall messbar. Die Fördergasgeschwindigkeit in den Wärmetauscherrohren 21 ist größer als die Sinkgeschwindigkeit eines Schüttgut-Partikelkollektivs bzw. größer als die Sinkgeschwindigkeit eines Schüttgut-Einzelkorns mit mittlerem Korndurchmesser d₅₀.
Bei der Bearbeitungsanlage 1 nach Figur 1 kommt bei einem Anwendungsbeispiel als Schüttgut 7 ein Pulver mit einer mittleren Korngröße von 100 µm zum Einsatz. Die Bearbeitungsanlage hat einen Durchsatz von 5840 kg/h des Schüttguts 7. Die Eintrittstemperatur des Schüttguts 7 in den Eintrittsöffnungen 22 der Wärmetauscherrohre 21 beträgt 66,8° C. Die Austrittstemperatur des Schüttguts 7 im Bereich der Austrittsöffnungen 23 der Wärmetauscherrohre 21 beträgt 53,7° C. Als Wärmeträger-Fluid kommt Kühlwasser mit einer durch die Zuführung 24 und die Abführung 25 geleiteten Menge von 3700 kg/h zum Einsatz mit einer mittleren Kühlwassertemperatur zwischen der Zuführung 24 und der Abführung 25 von etwa 34° C. Eine mittlere Leerrohrgasgeschwindigkeit des Fördergases in der Förderleitung 8 beträgt im Bereich des Aufgabepunkts 13 12,4 m/s und im Bereich der Auslauf-Förderleitung 33 19,0 m/s. Eine Beladung µ in der Förderleitung 8 beträgt 42 kg Schüttgut 7 pro kg des Fördergases. Bei hoher Beladung kann die Förderleitung 8 mit einem innen- oder außenliegenden Bypass zur pneumatischen Förderung versehen sein. Dies gewährleistet eine stabile Förderung bei hoher Beladung und verringert die Gefahr einer Verstopfung der Förderleitung 8 durch das Schüttgut 7.
Anhand der Figur 6 wird eine weitere Ausführung einer Bearbeitungsanlage 41 für das Schüttgut 7 beschrieben. Komponenten, die denjenigen entsprechen, die vorstehend unter Bezugnahme auf die Figuren 1 bis 5 bereits erläutert wurden, tragen die gleichen Bezugsziffern und werden nicht nochmals im Einzelnen diskutiert.
Als Schüttgut-Zuführeinrichtung 42 dient bei der Bearbeitungsanlage 41 eine Zellenradschleuse 43 als Einspeiseorgan mit einem nachfolgend schräg bis zum Aufgabepunkt 13 abfallenden Fallrohr 44. Fördergas wird im Aufgabepunkt 13 in der Figur 6 von unten her zugeleitet, sodass sich ab dann im Förderleitungsabschnitt 15 wiederum das Schüttgut/Fördergas-Gemisch zur pneumatischen Förderung bildet. Die nachfolgende Wärmetauschervorrichtung 3 entspricht derjenigen, die vorstehend im Zusammenhang mit den Figuren 1 bis 5 erläutert wurde.
Als Schüttgut 7 kann innerhalb der Bearbeitungsanlage 1 ein pulverförmiges Schüttgut, insbesondere ein gut fluidisierbares Schüttgut, zum Einsatz kommen. Mittlere Korndurchmesser d₅₀ des Schüttguts 7 liegen im Bereich zwischen 1 µm bis 6.000 µm, insbesondere zwischen 5 µm bis 1.000, bevorzugt zwischen 10µm und 500µm und mehr bevorzugt zwischen 10 µm uns 200 µm. Als Schüttgut kann PTA (Terephthalsäure), Kunststoffpulver, ein Superabsorber, Zucker, beispielsweise in Form von Puder- oder Kristallzucker, Alumina-Pulver, Zementmehl, Melaminpulver oder ein Katalysatorpulver zum Einsatz kommen. Auch ein Lebensmittelpulver wie z. B. Milchpulver kann als Schüttgut 7 zum Einsatz kommen. Das Schüttgut 7 wird in der Wärmetauschervorrichtung 3 insbesondere nach einer Wirbelschicht oder nach einer Sprühagglomeration, beispielsweise in einem Sprühturm, gekühlt. Auch ein Vorwärmen des Schüttguts 7, insbesondere im Falle der Verwendung eines Kunststoffpulvers oder eines Superabsorbers als Schüttgut, ist möglich.
Anhand der Fig. 7 wird nachfolgend eine weitere Ausführung einer Bearbeitungsanlage 45 für das Schüttgut 7 beschrieben. Komponenten, die denjenigen entsprechend, die vorstehend unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 6 bereits erläutert wurden, tragen gleiche Bezugsziffern und werden nicht noch mal im Einzelnen diskutiert.
Bei der Bearbeitungsanlage 45 ist zwischen dem Aufgabepunkt 13 und der Wärmetauschervorrichtung 3 eine Mahlvorrichtung 46 angeordnet, die in der Fig. 7 lediglich schematisch angedeutet ist. Die Mahlvorrichtung 46 mahlt das einlaufende Schüttgut 7, das eine erste durchschnittliche Partikelgröße aufweist, in auslaufendes Schüttgut mit einer zweiten, kleineren durchschnittlichen Partikelgröße. Bei der Mahlvorrichtung kann es sich um eine Mühle handeln, wie beispielsweise in der DE 42 00 517 A1 und der DE 41 24 855 A beschrieben. Alternativ kann auch ein Typ einer Mahlvorrichtung zum Einsatz kommen, der in der DE 694 08 267 T2 beschrieben ist. Es kann mindestens eine der folgenden Typen von Mahlvorrichtungen zum Einsatz kommen: Schroter, Strahlmühle, Hammermühle, Windsichtermühle.
Ein Einlauf der Mahlvorrichtung 46 steht über die Förderleitung 8 mit dem Aufgabepunkt 13 in pneumatischer Förderverbindung für das einlaufende Schüttgut. Ein Auslauf der Mahlvorrichtung 46 steht mit der Wärmetauschervorrichtung 3 in pneumatischer Förderverbindung für das auslaufende, gemahlene Schüttgut.
Zum Antrieb der Mahlvorrichtung 46 dient ein in der Fig. 7 ebenfalls schematisch dargestellter Antriebsmotor 47 beispielsweise in Form eines Elektromotors.
In der Mahlvorrichtung 46 kann gleichzeitig ein Sichten des gemahlenen Schüttgutes stattfinden, wie dies von Sichtermühlen her bekannt ist.
Als Fördergas kann bei der Bearbeitungsanlage 45 insbesondere Stickstoff zum Einsatz kommen. Dem Abscheider 34, der im Fall der Bearbeitungsanlage 45 als Zyklon ausgebildet ist, kann in der Abgasleitung 35 ein weiterer Feinstaubfilter 48 nachgeordnet sein.
Bei dem in die Mahlvorrichtung 46 einlaufenden Schüttgut kann es sich um Pulverlack-Plättchen handeln, die ein Zwischenprodukt bei der Pulverlackherstellung darstellen. Zur Herstellung der Pulverlack-Plättchen wird zunächst mit einem nicht dargestellten Extruder ein Pulverlack-Extrudat hergestellt. Dieses Extrudat wird anschließend in einer ebenfalls nicht dargestellten Kühl- und Formeinrichtung gekühlt und zu einem Flächengebilde in Form eines breiten dünnen Bandes geformt. Das so ausgeformte Extrudat wird anschließend zu den Pulverlack-Plättchen zerkleinert. Diese Plättchen stellen dann das in die Mahlvorrichtung 46 einlaufende Schüttgut 7 dar.
Alternativ zur in Fig. 7 dargestellten Zugabe über eine Zellenradschleuse 6 und nachfolgender Druckförderung kann die pneumatische Förderung des Schüttgutes in der Bearbeitungsanlage 45 auch über eine Saugförderung geschehen.
Eine typische Feinheit des gemahlenen Pulvers beträgt d₉₇ ≤ 10µm. Der Index "97" bedeutet hier, dass 97 % des Pulvers eine Korngröße haben, die kleiner ist als 10 µm.
Das in der Mahlvorrichtung 46 beim Mahlen erwärmte, auslaufende zerkleinerte Schüttgut wird in der Wärmetauschervorrichtung 3 abgekühlt.
In der Wärmetauschervorrichtung 3 der Bearbeitungsanlage 45 liegen insgesamt 40 Wärmetauscherrohre mit einem Innendurchmesser d von 26 mm vor. Auch andere Innendurchmesser d im Bereich beispielsweise zwischen 10 mm und 30 mm sind möglich. Die Leerrohrgasgeschwindigkeit beträgt in den Wärmetauscherrohren des Wärmetauschers 3 der Bearbeitungsanlage 45 10 m/s bis 100 m/s, bevorzugt 20 m/s bis 70 m/s und noch mehr bevorzugt 30 m/s bis 40 m/s. Die Nennweite der Förderleitung 8 ist im Falle der Bearbeitungsanlage 45 genau so groß wie die Nennweite des Wärmetauschergehäuses 17. Dies ist der nicht maßstäblichen Fig. 7, in der die Leitungen als Linien lediglich angedeutet sind, nicht zu entnehmen. Bei der Bearbeitungsanlage 45 liegt also kein Erweiterungsabschnitt vor dem Wärmetauscherabschnitt 20 vor und auch kein Verjüngungsabschnitt nach dem Wärmetauscherabschnitt 20. Auch bei der Bearbeitungsanlage 45 ist zwischen dem Aufgabepunkt 13 und den Eintrittsöffnungen der Wärmetauscherrohre ein Sammelraum des Wärmetauschergehäuses angeordnet, in den alle Eintrittsöffnungen der Wärmetauscherrohre einmünden und der in der Fig. 7 ebenfalls mit der Bezugsziffer 16 versehen ist. Anstelle der in der Fig. 7 gezeigten vertikalen Anordnung der Wärmetauschervorrichtung 3 mit entsprechend vertikal angeordneten Wärmetauscherrohren kann die Wärmetauschervorrichtung 3 alternativ auch horizontal mit horizontal verlaufenden Wärmerauscherrohren angeordnet sein. Die Wärmetauschervorrichtung 3 ist hinsichtlich der Auslegung des Wärmetauschergehäuses 17 mit einer Druckstoßfestigkeit von 10 bar ausgeführt.
Die Bearbeitungsanlage 45 wird mit einem Pulverlackdurchsatz von 500 bis 1.500 kg/h betrieben. Beim Betrieb der Bearbeitungsanlage 45 wird eine Gasmenge von ca. 45 bis 60 m³/min durch die Mahlvorrichtung 46 hindurchgeführt.
Bei einer Gasdichte von etwa 1,2 kg/m³ ergibt sich ein Gasmassenstrom von 3690 bis 4320 kg/h. Die Beladung µ beträgt in diesem Fall 0,1 bis 0,4 kg Feststoff/kg Gas.
Bei dem zu vermahlenden Schüttgut kann es sich um Pulverlack, beispielsweise um Acrylat-Klarlack, Epoxy/Polyester, Polyamid oder um UVhärtende Pulverlacke handeln. Anstelle einer Pulverlack-Anwendung kann die Bearbeitungsanlage 45 auch für eine chemische Anwendung betrieben werden. Als zu vermahlendes Schüttgut kommt beispielsweise Bisphenol A, E-PVC, ein Fungizid, ein Herbizid, Melamin, ein Pflanzenschutzmittel, ein Polyesterharz, Ruß oder ein Stearat zum Einsatz. Auch im Bereich der Lebensmitteltechnik, der Pharmaindustrie oder der kosmetischen Industrie kann die Bearbeitungsanlage 45 zum Einsatz kommen. Als zu mahlendes Schüttgut können Algen, Ascorbinsäure, getrocknete Erbsen, Gesichtspuder, Kakao, Kakaopresskuchen, Laktose, Paracetamol, Puderzucker, Reisstärke, Verdickungsmittel, Weinsäure oder Zucker zum Einsatz kommen. Auch faserige Naturprodukte und Futtermittel, insbesondere Getreide und Holz, Mais, Schilf sowie Wood Plastic Composites (WPC, Holz/Kunststoff-Verbundstoffe), können mit der Bearbeitungsanlage 45 bearbeitet werden. Auch Mineralien wie Bauxit, Kalkstein, Kaolin, Kalziumsulfat, Natriumbicarbonat, Talkum und Uranoxid können als Schüttgut in der Bearbeitungsanlage 45 bearbeitet werden.

Claims

Bearbeitungsanlage (1; 41, 45) für Schüttgut (7)
- mit einer Fördervorrichtung (2) für das Schüttgut (7),
-- mit einer Zuführeinrichtung (4; 42) für das Schüttgut (7),

-- mit einer Zuführeinrichtung (9) für ein Fördergas,

- mit mindestens einer Wärmetauschervorrichtung (3) zum Kühlen und/oder Heizen des Schüttguts (7),
-- mit einer Mehrzahl von Wärmetauscherrohren (21) mit Eintrittsöffnungen (22) und Austrittsöffnungen (23), die in einem Wärmetauscherabschnitt (20) eines Wärmetauschergehäuses (17) angeordnet sind,

-- mit mindestens einer in den Wärmetauscherabschnitt (20) einmündenden Zuführung (24) und mindestens einer aus dem Wärmetauscherabschnitt (20) ausmündenden Abführung (25) für Wärmeträger-Fluid,

-- wobei das Wärmeträger-Fluid im Strömungsweg von der Zuführung (24) hin zur Abführung (25) um die Wärmetauscherrohre (21) geführt ist,

- wobei ein Aufgabepunkt (13), an dem das Schüttgut (7) mit dem Fördergas zusammengeführt ist, im Strömungsweg des Schüttguts (7) vor einem Eintritt des Schüttguts (7) in den Wärmetauscherabschnitt (20) angeordnet ist,

- wobei zwischen dem Aufgabepunkt (13) und den Eintrittsöffnungen (22) der Wärmetauscherrohre (21) ein Sammelraum (16) des Wärmetauschergehäuses (17) angeordnet ist, in den alle Eintrittsöffnungen (22) einmünden,

- wobei die Zuführeinrichtungen (4, 9; 42, 9) für das Schüttgut (7) und das Fördergas so aufeinander und auf das zu bearbeitende Schüttgut (7) abgestimmt sind, dass zumindest in den Wärmetauscherrohren (21) eine pneumatische Förderung des Schüttguts (7) vorliegt.
Bearbeitungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmetauscherrohre (21) vertikal angeordnet sind.
Bearbeitungsanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmetauscherrohre (21) zur Vergrößerung ihrer äußeren und/oder ihrer inneren Oberfläche strukturiert (26, 27, 28) sind.
Bearbeitungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Sammelraum (16) als Erweiterungsabschnitt ausgebildet ist, der insbesondere unterhalb der Eintrittsöffnungen (22) angeordnet ist.
Bearbeitungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass im Strömungsweg des Schüttguts (7) zwischen dem Aufgabepunkt (13) und dem Sammelraum (16) ein Umlenkabschnitt in Form eines Rohrbogens (14) vorgesehen ist.
Bearbeitungsanlage nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch ein Dimensionsverhältnis LF/DF zwischen der Länge LF eines Förderleitungsabschnitts (15) zwischen dem Rohrbogen (14) und dem Sammelraum (16) und einem Durchmesser DF dieses Förderleitungsabschnitts (15), wobei LF/DF größer ist als 5.
Bearbeitungsanlage nach Anspruch 5 oder 6, gekennzeichnet durch ein Dimensionsverhältnis R/DF zwischen einem Biegeradius R des Rohrbogens (14) und einem Durchmesser DF eines Förderleitungsabschnitts (15) zwischen dem Rohrbogen (14) und dem Sammelraum (16), wobei R/DF im Bereich zwischen 1,5 und 20 liegt.
Bearbeitungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass im Strömungsweg des Schüttguts (7) zwischen dem Aufgabepunkt (13) und dem Sammelraum (16) ein Umlenkabschnitt in Form einer Prallplatte vorgesehen ist.
Bearbeitungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass dem Wärmetauscherabschnitt (20) und im Strömungsweg des Schüttguts (7) ein Verjüngungsabschnitt (32) des Wärmetauschergehäuses (17) nachgeordnet ist.
Bearbeitungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Aufgabepunkt (13) und den Eintrittsöffnungen (22) der Wärmetauscherrohre (21) mindestens ein Sieb (31) angeordnet ist, dessen Maschenweite größer ist als die Korngröße des Schüttguts (7).
Bearbeitungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch ein Verdrängungselement (29) im Schüttgutströmungsweg innerhalb des Erweiterungsabschnitts (16).
Bearbeitungsanlage nach einem der Ansprüche 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Erweiterungsabschnitt (16) im Schüttgutströmungsweg zunächst eine Erweiterungszone (18) mit sich stetig vergrößerndem Förderquerschnitt und anschließend eine Beruhigungszone (19) mit konstantem Förderquerschnitt (DBZ) aufweist, der insbesondere dem Innenquerschnitt des Wärmetauscherabschnitts (20) entspricht, wobei insbesondere ein Dimensionsverhältnis LBZ/DBZ zwischen einer Länge LBZ der Beruhigungszone (19) und einem Durchmesser DBZ der Beruhigungszone (19), wobei LBZ/DBZ größer ist als 0,1, vorliegt
Bearbeitungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 12, gekennzeichnet durch ein Dimensionsverhältnis QF/QWTR zwischen einer Querschnittsfläche QF einer Förderleitung (8) zwischen dem Aufgabepunkt (13) und dem Sammelraum (16) und einer Querschnittsfläche QWTR, die die Summe der Querschnittsflächen QW aller Wärmetauscherrohre (21) im Wärmetauscherabschnitt (20) darstellt, wobei QF/QWTR im Bereich liegt zwischen 0,25 und 100.
Bearbeitungsanlage (45) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Aufgabepunkt (13) und der Wärmetauschervorrichtung (3) eine Mahlvorrichtung (46) angeordnet ist, die einlaufendes Schüttgut (7) mit einer ersten durchschnittlichen Partikelgröße in auslaufendes Schüttgut mit einer zweiten, kleineren durchschnittlichen Partikelgröße mahlt, wobei ein Auslauf der Mahlvorrichtung (46) mit der Wärmetauschervorrichtung (3) in pneumatischer Förderverbindung (8) für das Schüttgut (7) steht.