DD215619B1

DD215619B1 - Verfahren und vorrichtung zur trocknung thermolabiler anbackungsanfaelliger stoffe

Info

Publication number: DD215619B1
Application number: DD83250994A
Authority: DD
Inventors: Lothar Moerl; Hans-Joachim Kuenne; Lothar Krell; Joerg Kliefoth; Joachim Sachse; Siegfried Ackmann; Rolf Schirner; Hans-Joachim Zinn
Original assignee: Thaelmann Schwermaschbau Veb
Priority date: 1983-05-18
Filing date: 1983-05-18
Publication date: 1987-03-18
Also published as: DK159632C; DK159632B; DE3400399C2; DK73584D0; DD215619A1; AT388439B; ATA7984A; DK73584A; DE3400399A1

Description

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung ist in stoffverarbeitenden Bereichen der Volkswirtschaft, wie der chemischen Industrie, der Nahrungsgüterwirtschaft, der pharmazeutischen Industrie anwendbar, wenn es darauf ankommt, beim Trocknen von Feststoffen ein Anbacken oder eine thermische Schädigung zu verhindern.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Bei den bekannten Verfahren und Vorrichtungen zur Trocknung wird das zu trocknende Gut mit dem Trocknungsmedium in einem Trocknerraum kontaktiert, dessen Wandungen, insbesondere am Eintritt des Trocknungsmediums (z. B. der Anströmboden von Wirbelschichttrocknern), eine höhere Temperatur besitzen als das zu trocknende Gut aufweisen. Insbesondere bei der Inbetriebnahme von Trocknern sind in der Regel alle den Trocknerraum begrenzenden Wandungen und in ihm vorhandenen Einbauten vor Einbringen des zu trocknenden Gutes in den Trocknerraum nahezu bis auf die Temperatur des Trocknungsmediums aufgeheizt.

Bei der Trocknung thermolabiler, zum Anbacken neigender Produkte kommt es wegen der nicht auszuschließenden Berührung von zu trocknendem Produkt und heißen Wandungen sowie Einbauten zu Produktschädigungen. Besonders groß ist die Gefahr des Aufheizens der Wandungen und Einbauten auch während des Betriebes von Trocknungsanlagen, wenn infolge von Betriebsstörungen die Zufuhr von zu trocknendem Gut unterbrochen wird oder dessen Eintrittsfeuchte stark schwankt.

Um die Kontaktierung von Teilchen einer Wirbelschicht mit dem heißen Anströmboden zu verhindern, ist in der Patentschrift DE-OS 2335514 vorgesehen, das Trocknungsmedium durch gesonderte, die untere Begrenzungswandung des Wirbelraumes durchstoßende Rohre in den Trocknungsraum zu führen. Besonders bei Inbetriebnahme ist aber auch dadurch ein Aufheizen der unteren Begrenzungswandung des Wirbelraumes nicht vermeidbar.

Im DD-WP 385 wird ein Verfahren zur Trocknung durch Zerstäubung offenbart. Dabei werden Flüssigkeiten unter den Bedingungen der Gleichstromtrocknung versprüht, wobei eine kurzeitige Kontaktierung der zerstäubten Flüssigkeitstropfen mit der Trockenluft gegeben ist. Die Wahrscheinlichkeit, daß eine Berührung von Tropfen mit der Apparatewandung auftritt, ist wegen der bei der Sprühtrocknung geringen Apparatevolumenausfüllung sowie der gleichgerichteten Bewegung der Flüssigkeitstropfen und der Trockenluft im wesentlichen parallel zu den Apparatewandungen sehr gering. Bisher ist kein Verfahren und auch keine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens bekannt, mit Hilfe derer die gesamte den Trocknerraum begrenzende Wandung sowie auch alle Einbauten im Trocknerraum begrenzende sowohl im Zustand der Inbetriebnahme als auch während des Betriebes sowie bei Betriebsstörungen unterhalb der Eintrittstemperatur des Trocknungsmediums gehalten werden können. Damit ist die Trocknung thermostabiler, zum Anbacken neigender Produkte immer mit einer Qualitätsminderung verbunden. Zwar kann mit bekannten Lösungen dem Aufheizen mit einer schlagartigen Temperatursenkung des Trocknungsmediums begegnet werden, jedoch ist diese Maßnahme mit einem großen Regelaufwand verbunden.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht darin, ein Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung zu entwickeln, mit Hilfe derer ein Anbacken und eine thermische Schädigung dazu neigender Feststoffe im Verlaufe des Trocknungsprozesses verhindert und die Produktausbeute sowie die Produktqualität erhöht werden können. Gleichzeitig sollen mit dem Verfahren und der Vorrichtung Wärmeverluste vermindert und damit eine bessere Energieökonomie gegenüber bisherigen Trocknungsverfahren erreicht werden. Die Verhinderung des Anbackens und einer thermischen Schädigung muß sich auch auf die Inbetriebnahme und auf Betriebsstörungen beziehen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, alle Apparateteile, mit denen der zu trocknende Feststoff in Berührung kommen kann, unterhalb der Temperatur zu halten, bei der die Gefahr eines Anbackens und einer thermischen Schädigung besteht. Mit bisher bekannten Trocknungsanlagen, insbesondere Wirbelschichtanlagen, ist das Ziel, ein Anbacken und eine thermische Schädigung dazu neigender Feststoffe zu verhindern, nicht zur erreichen, da bei Inbetriebnahme zunächst alle Apparateteile annähernd die das Anbacken hervorrufende hohe Temperatur des eintretenden Trocknungsmediums besitzen und bei Betriebsstörungen sich die inneren Apparateteile wieder zeitweise aufheizen können bzw. kommt es an Toträume begrenzenden Apparateteilen zu örtlichen Temperaturerhöhungen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe verfahrenstechnisch in der Form gelöst, daß ein Trocknungsmedium durch eine Trocknungsanlage hindurchgesogen wird, wobei ein kaltes Trocknungsmedium durch die Räume des Trocknungsapparates, die in und um einen Trocknerraum vorhandenen Wandungen umgeben, durch einen Aufheizer und das aufgeheizte Trocknungsmedium durch den Trocknerraum strömt und mit dem zu trocknenden Gut kontaktiert und dabei abkühlt, das abgekühlte und befeuchtete Trocknungsmedium durch einen Abscheider und das von Feststoffteilchen befreite abgekühlte und befeuchtete Trocknungsmedium durch die Saugseite in einen Verdichter, durch den Verdichter und über dessen Druckseite aus der Trocknungsanlage herausströmt.

Es gehört weiter zur Erfindung, daß das kalte Trocknungsmedium in den Räumen des Trocknungsapparates, die alle in und um den Trocknerraum vorhandenen Wandungen umgeben, eine höhere Strömungsgeschwindigkeit besitzen als das erwärmte Trocknungsmedium im Trocknerraum (1,1 bis5mal) und daß all in und um den Trocknerraum vorhandenen Wandungen eine geringere Temperatur aufweisen als diejenige, bei der ein Anbacken und eine thermische Schädigung erfolgen kann (0,4 bis 0,9mal Eintrittstemperatur des Trocknungsmediums). Zur Realisierung der Verfahrensschritte und zur Einstellung der Ströme des kalten Trocknungsmediums durch die Räume des Trocknungsapparates, die alle in und um den Trocknerraum vorhandenen Wandungen umgeben, sind Drosselklappen erforderlich und die Wärmeübertragungsoberflächen der in und um den Trocknerraum vorhandenen Wandungen zu den Räumen, die diese umgeben, sind 1,05 bis 1,2maI größer als zum Trocknerraum und es ist zur Gewährleistung der verfahrensgerechten Temperatur- und Strömungsgeschwindigkeitsverhältnisse ein Trocknungsapparat mit den Merkmalen der erfindungsgemäßen Vorrichtung zu verwenden. Drückende Betriebsweise bezüglich des Trocknungsmediums: Für den Fall, daß das Trocknungsmedium durch die Trocknungsanlage gedrückt wird, ändern sich die Verfahrensschritte insofern, als das kalte Trocknungsmedium'von einem Verdichter angesaugt und von dessen Druckseite in die Räume des Trocknungsapparates, die alle in und um den Trocknerraum vorhandenen Wandungen umgeben, gelangt. Im übrigen ist das erfindungsgemäße Verfahren identisch wie bei saugender Betriebsweise bezüglich des Trocknungsmediums.

Zur Durchführung des Verfahrens, bei dem das Trocknungsmedium hindurchgesogen wird, wurde mit Hilfe eines an sich bekannten Trocknungsapparates, insbesondere eines Wirbelschichtapparates, eine Vorrichtung gefunden, indem alle in und um den Trocknerraum vorhandenen Wandungen von Räumen umgeben werden, durch die das kalte Trocknungsmedium geführt wird. Die Oberflächen der in und um den Trocknerraum vorhandenen Wandungen, die vom Trocknerraum abgewandt sind, werden größer als die ausgeführt, die dem Trocknerraum zugewandt sind (0,5% bis 20%). .

An der Trennwand des Raumes zur Umgebung, der den Trocknerraum umgibt und an der Trennwand des Raumes, der den Anströmboden umgibt, sind an gegenüberliegenden Seiten Stutzen angeordnet. Dereine Stutzen ist zur Umgebung offen und vom anderen führt eine Verbindungsleitung zur kalten Trocknungsmediumeintrittsseite des Heizers. An einem der beiden Stutzen befindet sich eine Drosselklappe. Zwischen der heißen Trocknungsmediumaustrittsseite des Heizers und der Trocknungsmediumverteilungskammer des Trocknungsapparates befindet sich eine Verbindungsleitung. Kaltes Trocknungsmedium wird in den Trocknerraum umgebenden Raum, in die Räume, die im Trocknerraum vorhandenen Teile, insbesondere solche zur mechanischen Vermischung, umgeben und in den Raum, der den Anströmboden umgibt, durch die entsprechenden Stutzen angesaugt, durchströmt diese Räume und kühlt dabei alle den Trocknerraum umgebenden und in diesem angeordneten Wandungen bis auf eine gewünschte Temperatur. Die dazu erforderliche Einstellung der Volumenströme des Trocknungsmediums erfolgt mittels der Drosselklappen.

Das erwärmte Trocknungsmedium gelangt durch die Verbindungsleitungen in die kalte Trocknungsmediumeintrittsseite des Heizers und wird, indem es durch diesen hindurchfließt, bis auf die erforderliche Trocknungsmediumeintrittstemperatur aufgeheizt.

Durch eine Verbindungsleitung strömt das aufgeheizte Trocknungsmedium in die Trocknungsmediumverteilungskammer des Trocknungsapparates und durch den Anströmboden in den Trocknerraum. Im Ergebnis der Kontaktierung zwischen zu trocknendem Feststoff und Trocknungsmedium nimmt letzteres Feuchtigkeit auf. Dabei kühlt sich der zu trocknende Feststoff, solange auf dessen Oberfläche noch eine Restfeuchte vorhanden ist, bis auf die Kühlgrenztemperatur ab und die Temperatur des Trocknungsmedium sinkt bis auf eine Temperatur oberhalb der Kühlgrenztemperatur. Das befeuchtete und abgekühlte Trockhungsmedium gelangt danach in einen Abscheider, in welchem mitgeführte feste Stoffe abgetrennt werden und von dort zur Saugseite eines Verdichters.

Drückende Betriebsweise bezüglich des Trocknungsmediums: Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist für die drückende Betriebsweise bezüglich des Trocknungsmediums die gleiche, wie die für die saugende, nur sind jeweils zwischen den Stutzen an den Trennwänden der Räume um den Trocknerraum, um die im Trocknerraum vorhandenen Teile und um den Anströmboden, die bei der saugenden Betriebsweise zur Umgebung offen sind und der Druckseite eines Verdichters Verbindungsleitungen angeordnet.

Bei drückender Betriebsweise bezüglich des Trocknungsmediums ist die Funktion der erfindungsgemäßen Vorrichtung gegenüber saugender dahingegen unterschiedlich, indem das kalte Trocknungsmedium von einem Verdichter durch die Verbindungsleitungen zwischen dessen Druckseite und jeweils den Stutzen an den Trennwänden der Räume um den Trocknerraum, um die im Trocknerraum vorhandenen Teile und um den Anströmboden gedrückt wird und durch diese Räume hindurchströmt. Dabei werden alle um und in dem Trocknerraum vorhandenen Wandungen gekühlt.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachfolgend an den Ausführungsbeispielen mit den Fig. 1 bis 4 näher erläutert werden, wobei die Fig. 1 die saugende Betriebsweise bezüglich des Trocknungsmediums, die Fig.3 die drückende Betriebsweise bezüglich des Trocknungsmediums zeigt. In den Fig.2 und 4 sind die Anströmböden von Fig. 1 und Fig.3 dargestellt. Das kalte Trocknungsmedium mit 293 K Umgebungstemperatur und 0,01 kg Wasser/kg trockene Luft Feuchtigkeitsgehalt wird in die Räume des Trocknungsapparates 3, eines Wirbelschichttrockners, die alle in und um den Trocknerraum 8 vorhandene Wandungen umgeben, angesaugt: in den Raum 5 zur Umgebung, der den Trocknerraum 8 umgibt, durch den Stutzen 13; in den Raum 6, der im Trocknerraum 8 vorhandene Teile umgibt, im Beispiel einen mechanischen Rührer, durch den Stutzen 17; in den Raum 7, der den Anströmboden umgibt, durch den Stutzen 16. Das kalte Trocknungsmedium durchströmt diese Räume, kühlt dabei alle in und um den Trocknerraum 8 vorhandenen Wandungen auf 328 K ab und wird selbst auf 323 K aufgeheizt. Es verläßt diese Räume durch den Stutzen 14,15,18 und gelangt durch die Verbindungsleitungen 20, 21,22 zur kalten Trocknungsmediumeintrittsseite des Heizers 23. Die Volumenströme an Trocknungsmedium durch die drei Räume werden mit Hilfe von Drosselklappe 9,10,11 eingestellt: 150 m³/h mit der Drosselklappe 9; 350m³/h mit der Drosselklappe 10; 4500 m³/h mit der Drosselklappe 11. Im Heizer 4, einem Rippenrohrwärmeübertrager, erwärmt sich das Trocknungsmedium auf 403 K und wird über die Trocknungsaustrittsseite 24 in die Trocknungsmediumverteilungskammer 27 des Trocknungsapparates 3 geleitet. Durch den Anströmboden 12 strömt das Trocknungsmedium in den Trocknerraum 8, eine Wirbelkammer. Dort kommt es zur Kontaktierung mit dem zu trocknenden thermolabilen, anbackungsanfälligen Feststoff, im vorliegenden Falle 250kg/h mit ca. 60Ma.-% Feuchtigkeit aus einer Zentrifuge kommende Reibsei roher Kartoffeln. Das im Ergebnis der Kontaktierung auf 0,038 kg Wasser/kg trockene Luft befeuchtete und auf 333 K abgekühlte Trocknungsmedium gelangt mit dem bis auf 10Ma.-% Restfeuchte getrockneten Feststoff in einen Abscheider 2, beispielsweise in einen Zyklon, in dem der getrocknete Feststoff vom Trocknungsmedium getrennt wird. Letzteres, von einem Verdichter 1 angesaugt, strömt dessen Saugseite 25 zu und verläßt ihn wieder durch seine Druckseite 26; der Druckaufbau beträgt 550mmWS.

Der Trocknungsapparat 3 nach Fig. 1, ein an sich bekannter Wirbelschichtapparat mit einem Durchmesser des Trocknerraumes 8 von 800mm, ist erfindungsgemäß so gestaltet, daß

— infolge von Oberflächenvergrößerungselementen 19 in Form stumpf aufgeschweißter kompakter Zylinder mit 20 mm Durchmesser und 30 mm Länge die Wärmeübertragungsfläche der Trennwand zum Raum zur Umgebung, der den Trocknerraum 5 umgibt, um 10% größer ist als die Wärmeübertragungsfläche dieser Trennwand zum Trocknerraum 8;

— bei 1000mm Außendurchmesser des Raumes zur Umgebung, der den Trocknerraum 5 umgibt, die Strömungsgeschwindigkeit des Trocknungsmediums in diesen 20% größer ist als die im Trocknerraum 8;

— bei einem Strömungsquerschnitt von 100cm² in dem Raum 7, der den Anströmboden umgibt, die Geschwindigkeit des Trocknungsmediums in dem aus geschlossenen Kanälen zusammengesetzten Anströmboden 12 um 20% größer ist als die Strömungsgeschwindigkeit im Trocknerraum.

Die Drehzahl des mechanischen Mischers beträgt 30min"¹ und das Öffnungsverhältnis des Anströmbodens ist mit 8% festgelegt.

— Drückende Betriebsweise bezüglich des Trocknungsmediums: Das erfindungsgemäße Verfahren bei drückender Betriebsweise bezüglich des Trocknungsmediums soll anhand eines Ausführungsbeispieles, in Fig.3 dargestellt, erläutert werden. Das kalte Trocknungsmedium mit 293 K Umgebungstemperatur und 0,01 kg Wasser/kg trockene Luft Feuchtigkeitsgehalt wird von einem Verdichter 1 angesaugt und mit einer Temperatur von 303 K und 550 mm WS Überdruck gegenüber der Umgebung in die Räume des Trocknungsapparates 3, gleichfalls eines Wirbelschichttrockners, die alle in und um den Trocknerraum 8 vorhandenen Wandungen umgeben, gedrückt.

Die weiteren Verfahrensschritte sind identisch denen, die bei saugender Betriebsweise bezüglich des Trocknungsmediums ablaufen. Abweichend davon, verläßt das auf 343 K abgekühlte, auf 0,038kg Wasser/kg trockene Luft befeuchtete und von aus der Wirbelschicht mitgeführten Kartoffelreibsel befreite Trocknungsmedium die Trocknungsanlage nach Durchströmen des Abscheiders 2. Auch der erfindungsgemäß gestaltete Trocknungsapparat 3, ebenfalls ein an sich bekannter Wirbelschichtapparat, ist, bis auf die Ausführung des mechanischen Mischers, identisch dem Trocknungsapparat nach Fig. 1 für die saugende Betriebsweise bezüglich des Trocknungsmediums. Da der Raum 7, der im Trocknerraum 8 vorhandene Teile umgibt, bei drückender Betriebsweise bezüglich desTrocknungsmediums zur Atmosphäre abgeschlossen sein muß, sind, wie in der Fig.3 dargestellt, für den Ein- und Austritt des Trocknungsmediums je eine Zuführungs- und eine Abführungskammer erforderlich.

Claims

Erfindungsanspruch:

1. Verfahren zur Trocknung thermolabiler anbackungsanfälliger Feststoffe durch Kontaktierung mit einem Trocknungsmedium, das durch einen Heizer und nachfolgend durch einen nach dem Fluidisierungsprinzip arbeitenden Trocknungsapparat strömt, gekennzeichnet dadurch, daß das Trocknungsmedium vor Eintritt in den Heizer (4) als Kühlmedium durch folgende Räume des Trocknungsapparates (3) geführt wird

— Raum (5), der den Trocknungsraum (8) umgibt,

— Raum (7), der im Anströmboden (12) enthalten ist,

— Raum (6), der im Trockenraum (8) vorhandene Apparateteile umgibt, wobei die Geschwindigkeit des Kühlmediums in den Räumen (5, 6 und 7) auf einen Wert eingestellt wird, der das 1,1 bis5fachedes Wertes der Geschwindigkeit im Trocknerraum (8) beträgt und die einzelnen Ströme des Kühlmediums durch die Räume (5,6,7) unabhängig voneinander eingestellt werden.
2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Oberflächen der in und um den Trocknerraum (8) vorhandenen Wandungen, die vom Trocknerraum (8) abgewandt sind, durch Oberflächenvergrößerungselemente (19) 0,5% bis 20% größer sind, als die Oberflächen, die dem Trocknerraum (8) zugewandt sind.