DE1557180A1 - Vorrichtung zum Behandeln fliessfaehiger Stoffe - Google Patents

Description

Patentanwllte

Dipl. Ing. F. Weickmann, Dr. Ing. A. Weickmann * *

DipLIng.H.W^ickraann*Dipl.PHys.Dr.K.Fincke ■ 100/ I OU

8 MDnchin 27, Möhlstraße 22

SLK ·

Power Package Terminals Incorporated, World Trade Center, Ferry Building, San Francisco 11, Calif», U.S.A.

Vorrichtung·zum Behandeln fließfähiger Stoffe

Die Erfindung betrifft Vorrichtungen zum Behandeln fließfähige: Substanzen. Es kann sich dabei um Feststoffteilchen, um stükklgo Materialien oder auch um eine weichfließende L'asse oder Aufschlämmung handeln, etwa um Zement, um Fleischstücke, um Tomatenmark oder praktisch alle Substanzen, die mit Hilfe wen-'delartig angeordneter Sander gemischt werden können.

Die Vorrichtung kann einen Wärmeaustausch zwischen der Substanz und einem die Substanz nicht berührenden Wärmeübertra_eungsir.odium herbeiführen. Als Wärmeübertragungsmedium kommen z.B. Lamp^j Heißluft oder eine Kühlflüssigkeit in Betracht. Die Vorrichtung kann auch dazu dienen, ein Wärmeübertragungsmittel oder andere Stoffe in die Substanz einzuführen oder Flüssigeiten oder^Gase aus der Substanz zu entfernen. Die· Vorrich^-ui-g läßt sich zum bloßen Mischen und/oder Vermengen von Zutaten verwenden, etwa zum Vermengen von KartoffelscTinitzeln mit Eipulver, Gewürzen und Aromastoffen. .Schließlich kann die Vorrichtung so ausgebaut werden, daß beliebige Kombinationen der genannten Funktionen erreichbar sind.

SAD OFIJGiNAt₁

209000/1411

Ein besonderesUerkmal der Erfindung ist in der Unterbringung einer großen Oberfläche für Mischvorgänge oder Wärmeaustausch in einem vorgegebenen Gerätevolumen zu sehen. Sin weiteres Erfindungsmerkmal ist, daß die behandelten Substanzen mit diesen Oberflächen in höchstmöglichem Ausmaß in Berührung kommen, um das Laterial ständig umzuschichten, d.h. das Liaterial wird insgesamt in ständiger Bewegung gehalten, und in keinem bberflächenbereich können Substanzmengen während eines ins Gey/icht fallenden Zeitraums unbewegt liegen bleiben. Außerdem wird ein Höchstmaß an Gleichmäßigkeit beim Mischen· und Vormengen erreicht.

Erfindungsgemäß weist die Vorrichtung einen drehbar in. .einem Gehäuse angeordneten Zylinder auf mit einer den Zylinder umgebenden und von ihm mit Abstand sowohl gegenüber dem Zylinder wie gegenüber dem Gehäuse gehaltenen wendelartigen Anordnung sowie einen Einlaß und einen Auslaß für die zu behandelnde Substanz in dem Gehäuse.

Die wendelartige Anordnung, auch als Rippen- oder Bänderanordnung anzusprechen, und/oder der Zylinder können als Hohlkörper ausgebildet sein und ein V/ärmeübertragungsaittel aufnehmen. Nötigenfalls können an Rippen und/oder Zylinder Öffnungen vorgesehen werden, die mit einem Kanal verbunden sind und bestimmte Stoffe, z.B. Dampf, Luft oder ein fließfähiges chemisches Konservierungsmittel zun Vermischen mit den zu verarbeitenden Substanzen austreten lassen.

CAD ORIGINAL

209808/1418

Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstands v/erden ntm an Hand von Zeichnungen beschrieben, die folgendes darstellen:

Fig. 1A und 1B - zusammengenommen eine Horizontalansicht einer .erfindungsgemäßen Vorrichtung, teilweise im Schnitt;

Fig.2 - einen Schnitt längs der Linie 2-2 in Fig.IA; Fig.3 - ein Schnittbild eines- Zubehörteils;

Fig.4 - eine andere Ausführungsform des Erfindungsgegenstands im Schnitt.

Die dargestellte Vorrichtung besitzt einen ersten Zylinder 1o, einen zweite» Zylinder 11, einen, dritten Zylinder 12 und einen vierten Zylinder 13. Alle diese Zylinder liegen konzentrisch zueinander. Die Zylinder To und 11 haben einen gegenseitigen Abstand,durch den ein Raum 16 für die zu. behandelnde Substanz gebildet wird, und zwischen den Zylindern 11 und 12 wird ein Raum 17 gebildet, der über Öffnungen 18 in des Zylinder 11 mit dem Raum 16 in Verbindung steht, so daß die Räume 15 unc. zusammen einen Kanal bilden, der von einem Einlaßrohr 2o in den Raum 16 und von 'dort zu einem mit dem Raum 17 in Verbindung stehenden Auslaörohr 21 führt.

Der vierte Zylinder 13 wird durch Ab stands stücke 22 ir. dem ersten Zylinder gehalten und bildet mit ihm einen Raum 23. Di» ι Zylinder 11 und 12 sind doppelwandig und bilden dadurch puigräume 24,25. Der Ringraum 25 besitzt einen Einlaß 26 und einen Auslad 27 für ein Wärmeübertragungsmittel.

In dem Raum. 16 ist eine Einrichtung mit wendelförnigen, hohlen 'n vorgesehen, die aus zwei Hohlwendelu 3o,31 be-

steht. Die Wendel 31 hat eines, größeren Durchmesser als die Y/endel 3o, und jede Windung der Wendel 3o liegt jeweils zw^ zwei Windungen der Wendel 31, d.h.' die Windungen der Wendel 3c sind in Achsenrichtung gegenüber den Windungen der Wende] -31 versetzt. An den Wendeln 3o,31 entlang verlaufen Hebesiäbe 33 zum Anheben der zu behandelnden Substanz. * Diese Stäbe liegen außerhalb der Wendel 3o und innerhalb der Wendel 31 und sind an beiden ?/endeln befestigt. Die Wendel 3o ist ferner durch Halter 34 mit dem Zylinder 1o verbunden. Somit sind der Zylinder Io, die Wendeln 3o,31 und die S^äbe 33 miteinander verbunden und rotieren gemeinsam als einheitliche Bauteilgruppe.

Über Öffnungen 36,37 "stehen die Wendeln 3o,31 in Verbindung mit den Innenraum der hohlen Hebestäbe 33, die ihrerseits durch ein Höhlteil 38 mit dem Raum 23 verbunden sind. Dex Zylinder wird aa seinen beiden Enden von Rohrstutzen 39,4o gehalten, die in Lagern 41 und 43 mit Dichtungen 42 und 44 umlaufen; die Lager sind in den Doppelwänden 45,46 und 47,48 an den Enden des Zylinders 11 gehaltert« Die Doppelwände schließen Kammern 5o,51 ein, die mit dem Inneuraum der Rohrstutzen 39,4o, dem Raum 23 und dem Ringraum 24 verbunden sind.

Im Raum 17 befindet sich eine zweite Mischeinrichtung mit wendeiförmigen hohlen Mischrohrrippen, die in ähnlicher V/eise innere und äußere rohrfo'raige Hohlwendeln 54,55 aufweist," die an hohlen Hebestäben 56 angebracht sind. Die Wendeln stehen ütßr Öffnungen 58,59 mit den Hohletäben 56 in Verbindung; die * Wendel 54 Ißt am Zylinder 12 durch Halter 6o befestigt, so d*ß

2OÖ8O8/U10

der Zylinder 12, die Wendeln 54,55. und die State 56 als einheitliche Bauteilgruppe unabhängig von der ersten Mischeinrichtung umlaufen können. Diese Bauteilgruppe ist mit ihren Enden in Xagem 61,63 an den Abschlußplatten 64,65 des Zylinders 12 angeordnet.

Ein in den Rohrstutzen 39 eingeleitetes Wärmeübertragungsmittel durchläuft die angegebenen Räume, Öffnungen und Kanäle, alle vier 7/endeln und alle zum Anheben dienenden Kohlstäbe und tr it τ durch den Rohrstutzen 4o wieder aus.

Nötigenfalls werden weitere Dichtungen, etwa bei 66 und 62, Vorgesehen.

Die -Wendeln können aus nahtlos gezogenem Rohr beliebigen Querschnitts hergestellt werden. Die Enden der Wendeln sind geschlossen.

Bei der dargestellten Ausführungsform ist praktisch jegliches Schweißen an den wendelfb'rmigen Mischrippen vermieden. -Die Enden dieser Rippen können gegen'Drehung festgelegt werden durcr.

Versehrauben oder Vernieten oder-durch Verschweißen, aber es ist keine Schweißung erforderlich zwischen den Enden der Rippen, abgesehen von den Schweißarbeiten, die üblicherweise vorgenomme:. werden, um die Rippen zu fortlaufenden Schraubenlinien 3"u forci das heißt, eine Rohrlänge gegen dia nächste zu stoßen und eine umlaufende Schweißung anzubringen, damit eine Schraubenlinie geformt worden kann.

209808/1418

Der die inneren. Rippen umgebende Zylinder 11 dient als ,/ärmeaustauscher und 1st so ausgebildet, daß die innenliegende Zylinderfläche eine Wärme aus tauscher fläche für die engere Wendel und die außenliegende Zylinderfläche die Wärmeaustauscherfläche für die weitere Wendel darstellt. Dieser Zylinder trägt die äußeren Llischwendeln 54,55 und treibt sie an, so daß sie die Substanz mischen und in Längsrichtung der Vorrichtung fördern.

Je nach Drehsinn der inneren V/endeln 3o,31 wird durch die Drehung der Zylinder 1o,11 ein Geschwindigkeitsunterschied hervorgerufen, der die tatsächlich mögliche Fördergeschwindigkeit der zu behandelnden Substanzen beeinflußt.

Die Wendeln 3o,3i sind als rechtsgängige Wendeln gezeichnet. Liefe-der Zylinder 11 in der gleichen Richtung um wie die innenliegenden Wendeln und zum Beispiel mit genau derselben Drehzahl wie diese Innenwendeln, so würde überhaupt keine Forderwirkung erzielt werden. Die Substanzen würden mit den Zylindern zusammen umgewälzt werden und Im übrigen an Ort und Stelle liegen bleiben. Durch Beschleunigen oder Verlangsamen des Zylinders 11, womit ein Geschwindigkeitsunterschied hervorgerufen wird, findet eine Förderung der Substanzen statt.

Da die eine Y/endeleinrichtung größer ist als die andere, läuft die eine langsamer als die andere, und aufgrund solcher U verschiede ist es möglich, die Rückhaltezeit und die Kapazität der Vorrichtung zu beeinflussen und den Substanzdurchsatζ einaustel-

len, um damit etwa die Abnahme oder die Zunahme von Feuchtigkeit*

-^ BAD ORIGINAL

209808/1418

auszugleichen oder was sonst für eine Wirkung auf die Subs "^. zen durch, Änderung des Volumengewichts oder des spezifisch „n Gewichts ausgeübt werden mag.

Die Hebestäbe sind so angeordnet, daß die Substanzen mit den Wendeln umlaufen und an den Stäben vörbeigleiten, die dieses Umlaufen herbeiführen. Die Stäbe können auch Spiralform aufweisen, jedoch mit sehr großer Steigung. Wenn beispielsweise die Rippenlänge 3 m (120") beträgt, können die Hebestäbe eine Steigung von ungefähr 6 π (240") besitzen. Uit anderen "./orten, auf eine Länge von 3 m. würden sie sich eine halbe V/indung um den Zylinder oder das Rohr geschlungen haben, aber die Drehung dieser Schraubenlinie würde derjenigen der Rippenrohre entgegeiverlaufen, so daß die Substanz beim Anheben gleichzeitig zurückgeschoben würde, wodurch die Gleitbewegungen verstärkt werden und dadurch die Verweildauer erhöht wird und eine höhere Drehgeschwindigkeit für einen gegebenen Volumenausstoß möglich wird.

Die Stäbe sind aus Rechteckrohr hergestellt, und die äußere Wendel ist diesen Stäben gegenüber so angeordnet, daß diese eich ausdehnen oder zusammenziehen können, denn die Wendel ist nur mit ihren Enden verankert, so daß es erforderlich ist, die Rohrschlangen zu walzen und die innere Schlange mit drei Abstands haltern je Windung anzuschweißen, danach die Stäbe anzubringen •und die äußere Wendel darüberzuziehen.

Nötigenfalls können die Stäbe mit Abstand von den Wendeln angebracht werden. Das kann auf zweierlei Weise geschehen: entweder in den der Durchmesser der größeren Hfendel vergröflert wire

damit dieser Abstand geschaffen wird, oder indem die Größe der Stäbe verringert· und Ab standsstücke zwischengeschweißt werden.

Xlenn die Vorrichtung nur zum Mischen oder Rühren von Sub Stanzer, benutzt werden soll, brauchen die Wendeln und Zylinder nicht al' Kohlkörper ausgeführt zu werden.

Nötigenfalls können Wendeln und/oder Zylinder mit mindestens einer Öffnung in den Kanal 16,17 versehen werden. Dadurch, können Dampf und Luft oder sonstige fließfähige bedien in dia Substanz eingeführt oder fließfähige Stoffe.extrahiert werden, Yfenn der Drucßc in den Hohlwendeln oder -zylindern größer ist als der Druck in dem Kanal 16,17, fließen die genannten Medien in den Kanal, während dann wenn der Druck in dera Kanal'"16,17 de Druck in den Hohlwendeln und -zylindern übersteigt, ein Fluid aus der Substanz extrahiert wird. Um Verstopfungen der Öffnungen zu vermeiden und ein wirkungsvolles Arbeiten zu gewährleisten, kann die Öffnung zu einer Verteilungseinrichtung, z.B. einer porösen Wand, geleitet werden. Wie in Fig.3 dargestellt, fluchtet z.B. eine Öffnung 7ο in einer Wendel 3o mit einer Bohrung 69 in einem hohlen Block 71» der mit Bügelbolzen 74A an der y/endel befestigt ist. In dem Block 71 liegen zwei Platten 73,74 aus porösem Werkstoff, von Abstandsstücken 75,76 In einiger Entfernung voneinander gehalten und mit Sprengringen" 78,79 festgehalten. Mit dieser Vorrichtung lassen sich fließfähige Medien aus der Wendel 3o in diffusem Strom durch die porösen Platte» 73,74 in die zu behandelnde Substanz einführen.

BAD ORiGiNAL 209808/1418 .

In einer vereinfachten Form der Vorrichtung sind die Wendeln 3o,31, die Stäbe 23 und der Zylinder 13 weggelassen. In diesem Fall kann der Einlaß 2o unmittelbar in den Raum 17 geführt werden. Anstelle der fortgelassenen Teile kann aber auch eine einzelne Hohlwendel 12o (Fig,4) vorgesehen werden?

die Wendel 12o ist durch Halter 121 am Zylinder 11 befesiigt. Bei dieser .Ausführungsform führt der Einlaß 2o in den inneren Raum 16, Nicht gezeichnete Hilfseinrichtungen leiten ein-Wärmeübertragungsmittel nötigenfalls in die Wendeln und/oder die doppelwandigen Zylinder 11,12.

Nach dem Fassieren der Wendeln und/oder des Raums zwischen den Wänden 11 kann das Wärmeübertragungsmittel durch eine zentrale Leitung zum Einlaßende der Vorrichtung zurückgeführt werden.

Die Vorrichtung kann eine passende Neigung erhalten, so daß die zu behandelnden Substanzen unter Schwerkraftwirkung längs des Inneren oder äußeren Kanals der Vorrichtung wandern können. Belüftung oder die Anwendung eines Wirbelschichtverfahrens können die Wirkung der Vorrichtung verbessern.

20Q8G8/U13

- 1ο -

Der Außendurchmesser des Zylinders 11 beträgt vorzugsweise mindestens 60$ des Gehäusedurchmessers. Lie äußere Wendel 54,55 hält Abstand sowohl-vom Zylinder 11 wie vom Gehäuse 12 und nimmt vorzugsweise mindestens 50$ der radialen Weite zwischen dein Zylinder und dem Gehäuse ein. Die Steigung der Wendeln liegt im allgemeinen unter dem Dreifachen des Wertes der Axialausdehnung der Yfendel.

Unter der Bezeichnung "Pendel" sollen in der .Beschreibung ;vie in den Patentansprüchen alle Arten von Wendelanordnungen verstanden sein, die um den Zylinder gewunden sind; die Wendeln können z.B. eine Gestalt aufweisen, die gegenüber einer geometrisch genauen Wendel verformt ist, etwa mit kurzen S.tücken versehen sein, die in axialer Richtung verlaufen.

Patentansprüche:

BAD ORIGINAL 20980Ö/U18

Claims (18)

1. P at ent ans ρ rüche

   ; 1. Vorrichtung zum Behandeln fließfähiger Substanzen, gekennzeichnet durch einen drehbar in einem Gehäuse angeordneten Zylinder (11) mit einer den Zylinder umgebenden und von ihm mit Abstand sowohl gegenüber dem Zylinder (11) wie gegenüber dem Gehäuse gehaltenen wendelartigen Anordnung und durch einen Einlaß (2o) und einen Auslaß (21) für die su behandelnde Substanz in dem Gehäuse.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ϊ/endel anordnung aus zwei ",Yen de In (54,55) besteht, von denen. eine (55) einen größeren Durchmesser als die andere (54) hat, und daß die Windungen der einen ./endel axial versetzt gegenüber den ,/indungen der anderen ,'/endel sind.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des Zylinders (H) mindestens 60,i des Gehäusedurchaessers ausmacht.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine der Pendeln (54,55) hohl ausgeführt ist und einen Einlaß (58,59) für den Zutritt von .Yärmeübertragungsmitteln in die ϊ/endel und einen Auslaß für das V/ärmeübertragungsmittel besitzt.
5. 5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder (11) doppelwandig ist und zwischen

   209808/U18

   den Äfänden ein Raum (24) verbleibt, der einen Einlaß für den Zutritt von ,/ärmeüb ert ragungsmit teln in diesen xiaum und einen Auslaß für das Wärmeübertragungsmittel besitzt.
6. 6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5> dadurch gekennzeichnet, daß längs des Zylinders (11) Hebestäbe (56) angeordnet sind, die zwischen den Pendeln (54,55) untergebracht und mit diesen verbunden sind.
7. 7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine weitere JVendelanordmmg (3o,31) innerhalb des Zylinders (11) vorgesehen ist, wobei der Raum zwischen dem Zylinder (11) und dem Gehäuse an einem Ende mit dem Raum innerhalb des Zylinders verbunden ist, so daß die zu behandelnde Substanz durch den inneren Raum (16) hindurch befördert und dann durch den äußeren Raum (17) hindurch zum Auslaß (21) befördert wird.
8. 3. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiterer Zylinder (1o) innerhalb des ersten Zylinders (11J vorgesehen ist und daß der innere Zylinder (1oJ die zusätzliche .Vendelanordnung ( 3o, 'Ά ) trägt.
9. 9. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Jendelanordnung zwei ./endein (3o,31) umfaßt, von denen die eine (31) die andere (5o) umgibt und bei denen die ./indungen der einen ,Vendel gegenüber 'denen der anderen ,Vendel versetzt sind.

   209808/H18

   BAD ORIGINAL
10. 10. Vorrichtung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch zwischen den Wendeln (3o,31) der zusätzlichen ,7 en del anordnung angeordnete und mit den Wendeln (3o,31) verbundene Hebestäbe ( 33).
11. 11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 1o, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzliche Wendelanordnung (3o,31) Hohlwendeln besitzt und Einlaß- (36,37). und Auslaßeinrichtungen für ein «i/ärmeübertragungsiaittel an den Wendeln vorgesehen sind.
12. 12. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Zylinder (1o) doppelwandig ausgeführt ist und Einrichtungen für den Zutritt von sVärmeübertragungsmitteln und deren Austritt besitzt.
13. 13. Vorrichtung nach den Ansprüchen 6 oder 1o, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Hebestab (33;56) hohl ausgeführt ist und Einrichtungen für den Zutritt von 'Mrmeübertragungsmitteln in derartige Hohlstäbe und für den Austritt des i,?ärneüb er tragung smitteis vorgesehen sind.
14. 14·· Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Wendelanordnungen (3o, 31 ;54,55) in entgegengesetztem Drehsinn ausgeführt sind und unabhängig voneinander drehbar sind.
15. 15· Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, gekennzeichnet durch mindestens eine öffnung (69,7o) für den Zutritt von fließfähigen Stoffen in die zu behandelnden Siibstanzen oder zum Abziehen von fließfähigen Stoffen aus den genannten Substanzen.

    2 09808/ 141 8
    BAD ORIGINAL
16. 16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die öffnung (β9,7ο) von den Substanzen durch eine poröse ./and (73, 74) getrennt ist.
17. 17· Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zxai Erleichtern des Durch- fHeßens der zu behandelnden Substanzen geneigt ist.
18. 18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die V/endel anordnung oder jede der beiden ,1 ende L-anordnungen (3o,31;54,55) aus mindestens e±ne:a wendelförmig gebogenen Rohr besteht, das über Abstandshalter (34;6o) an den Zylinder (1o;11J angebracht ist.

    19· Vorrichtung nach einea. der Ansprüche 6, 1o oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Hebestäbe (33;56) als Pendeln nit starker Steigung und im Vergleich zu den V/endel anordnungen (3o,31; 54,55) entgegengesetztem Drehsinn ausgeführt sind.

    pjvD ORIGINAL 209808/U18

    L e e r s e i t e