DE2119773A1 - Vorrichtung zum Eindampfen, Erwärmen oder Kühlen von Flüssigkeiten, die Feststoffe enthalten, oder zum Trocknen, Erwärmen oder Kühlen von Schüttgütern - Google Patents

Description

Hans Gujer ' 8153 Rümlang

Ferfen!anwalf (Schweiz)

Dr. W. Hasse
München 9
Atamitfaß· S

Vorrichtung zum Eindampfen, Erwärmen oder Kühlen von Flüssigkeiten, die Feststoffe enthalten, oder zum Trocknen, Erwärmen oder Kühlen von Schüttgütern

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Eindampfen, Erwärmen oder Kühlen von Flüssigkeiten, die Feststoffe enthalten, oder zum Trocknen, Erwärmen oder Kühlen von Schüttgütern.

Für das Trocknen von zum Kleben neigenden Gütern, wie z.B. entwässerten Klärschlamm, werden heute Trockner mit gegenläufigen Schnecken verwendet. Die Schnecken müssen genau bearbeitet werden, damit sie sich gegenseitig reinigen. Das Reinigen der Heizfläche geschieht dabei durch Reibung. Die Schnecken sind deshalb einem starken Verschleiss unterworfen. Die Schnecken sind hohl, d.h. doppelwandig ausgebildet, wobei durch diesen Hohlraum Wärmeträger (Dampf, Heissöl etc.) geführt werden kann. Feil sich die Schnecken drehen, muss der Wärmeträger den Schnecken über eine Drehverbindung zugeführt werden, was heikle Dichtungsprobleme verursacht.

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Für die Verdampfung von flüssigen Medien sind Dünnschichtverdampfer bekannt. Sie bestehen aus einem von aussen beheizten, senkrechten Rohr. Im Rohr dreht sich eine zentrale Welle, an der Schaufeln oder Abstreifbleche befestigt sind, die bei hohen Drehzahlen das Gut einerseits an die geheizte Wand schleudern und andererseits das auf der Wand klebende Gut wieder abstreifen, Auch bei diesem Apparat ist das Reinigen der Heizfläche mit Reibung und daher mit hohem Verschleiss verbunden. Die Distanz zwischen Rohrmantel und Abstreifblech sollte möglichst klein sein. Sie liegt innerhalb 1-3 mm. Diese Bedingung erfordert wergen den noch zu berücksichtigenden Wärmeausdehnungen Präzisionsarbeit. Auch bei dieser Einrichtung treten schwierige Lagerprobleme auf, weil die Drehlager, z.B. bei der Vakuumtrocknung, gegen aussen abgedichtet werden müssen. Bei den bekannten Trocknern, bei denen Heizflächen gereinigt werden müssen, ist diese Reinigung mit Reibung und daher mit Verschleiss verbunden. Gleichzeitig treten Schwierigkeiten beim Dichten von rotierenden Wellen oder Heizmittelzuführung auf. Die bekannten Apparate erfordern eine verhältnismässig weitgehende Präzisionsarbeit.

Die vorliegende Erfindung bezweckt, diese Nachteile zu umgehen. Sie zeichnet sich aus durch eine das Behandlungsgut aufnehmende Vorrichtung mit mindestens einer rohrförmigen Kammer und durch mindestens ein in dieser Kammer mit wesentlichem radialem Spiel angeordnetes Mahl- und Förderorgan und ferner durch Antriebsmittel, um die Kammer bezüglich einer eine Kreisbahn beschreibenden

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Achse derart zu bewegen_s dass jedes Organ, xvährend der Bewegung durch die Zentrifugalkraft gegen eine Wand der Kammer gepresst, eine Mahl- und Förderbewegung in Richtung der Achse bewirkt, sowie gekennzeichnet durch Mittel, um das Behandlungsgut wahlweise zu erwärmen oder zu kühlen. Dadurch wird eine intensive Oberflächenveränderung des zu trocknenden Materials und ein rascher Wechsel der Berührungsflächen zwischen Heizfläche und Material erreicht. Solche Trockner eignen sich im speziellen für Gut, das zum Ankleben an den Heizflächen neigt.

Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes werden anschliessend anhand von Figuren erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch einen Trockner gemäss der Schnittlinie I-I der Fig. 2,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch den Trockner nach Fig. 1 gemäss der Schnittlinie H-II₅

Fig. 3 eine weitere Ausführungsform eines Trockners im Querschnitt analog Fig. 1,

Fig. 4 einen Querschnitt durch eine andere Bauart eines Trockners,

Fig. 5 einen Längsschnitt durch einen speziell zum Trocknen

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noch pumpfähigen Gutes sich eignenden Trockner_s

Fig. 6-8 drei Beispiele von Trocknerkammern mit Mahl- und FörderwendeIn_s welche zusätzlich angetrieben werden bzw. auf ihre Länge unterschiedliche Wendeldurchmesser aufweisen.

Zwischen einem Aussen-Rohr 1 und einem Innen-Rohr 2 wird ein Wärme- bzw. Kälteträger 3_S z.B. Dampf, Trägeröl, Heissgase (auch Rauchgase), Kühlmittel o.dgl. geführt. Die Zu- und Abführleitungen für diese Träger (nicht dargestellt) werden mit einem flexiblen Leitungsstück 4 angeschlossen. Im Innen-Rohr 2 liegt lose ein schraubenförmig gewundener, bandförmiger Körper, eine Wendel 5, deren Durchmesser kleiner ist als der Durchmesser des Innen-Rohres 2. Eine Antriebswelle 6 dreht in fest nit einem Fundament 7 verbundenen Lagern 8. Dieser Trockner ist auf Exzentern 9 gelagert, die beim Drehen der Welle 6 den Trockner in eine kreisförmige Schwingbewegung bringen, eine sogenannte ^?<Hula-Hop''"-Bewegung. Die Schwungmasse ist durch Gegengewichte 11 ausgeglichen. Die Drehzahl wird so festgelegt, dass die freiliegende Wendel 5 durch ihre Schwungkraft auf die Innenwand 35 des Rohres 2 gepresst wird. Die Wendel 5 rollt auf der Innenwand 35 ab. Jeder Punkt des Trockners beschreibt eine Kreisbewegung₃ ohne im übrigen seine Lage im Raum zu ändern (Paternosterbewegung). Diese Bewegung entspricht dem Mass der Exzentrizität des Exzenters 9. Die bewegliche Wendel 5 wird wegen der Durchmesser-differenz zwischen ihr

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und der Innenwand 35 zusätzlich in eine Drehbewegung versetzt. Diese Drehbewegung ist durch Veränderung der Drehzahl des Trockners oder durch Aenderung des Durchmesserverhältnisses vom äusseren Wendeldurchmesser und Innendurchmesser des Innen-Rohres 2 steuerbar. Bedingt durch diese Drehbewegung wird in kurzer Folge' jeder Teil der Heiz- bzw. Kühlinnenwand 35 von der Wendel 5 berührt und gereinigt. Die Wendel 5 presst, das Trockengut 37 vor sich herschiebend, dieses auf die Heizinnenwand 35 und zerschneidet oder zerquetscht es. Die Wendel 5 wirkt wie ein Tfiegemesser und bewirkt eine äusserst intensive Formänderung des Gutes 37· '

Die wichtigste Forderung der Trockentechnik, das Zerkleinern des Trockengutes und die rasche Veränderung der der Trocknung ausgesetzten Gutsfläche wird auf mechanische neue, einfache und verschleissarme Weise erreicht. Mit der Wendel 5 wird gleichzeitig auf folgende Weise der Weitertransport des Trockengutes durch den Trockner erreicht:

Das zu trocknende Gut 37 wird bei einer Oeffnung 10 aufgegeben und im Richtungssinn der Kreisbewegung des Trockners sowie der Wendel 5 längs der Innenwand 35 des Trockners im Kreis bewegt und achsial gefördert. Die Wendel 5 gibt dort, wo sie die Innenwand 35 beruht, dieser Bewegung eine Komponente in ihrer Steigungsrichtung, so dass ein Quertransport des Gutes zu Stande kommt. Dieser Quertransport kann beeinflusst werden durch die Drehzahl des Exzenters 9 oder die Steigung der Wendel 5· Bei

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Gütern, die zu Kugelbildung neigen, könnte das Material in der Richtung der Steigung der Wendel 5 zu rasch durchrollen. In diesen Fällen wird durch Anbringen von Querstäben 39 der Materialdurchgang reduziert. Die sich bildenden Klumpen werden zwischen den Querstäben 39 und der Heizwand 35 zerdrückt.

In Pig. 3 ist eine v/eitere Ausführungsform eines Trockners im Querschnitt dargestellt. Dessen Grundaufbau ist gleich wie derjenige gemäss den Fig. 1 und 2. Neben den Rohren 1 und 2, die einen äusseren Heizraun 4l umschliessen, wird ein zu den Rohren 1 und 2 koaxiales Rohr 12 eingefügt, dessen Inneres 43 ebenfalls beheizt oder gekühlt wird. Das zu trocknende Gut 45 kommt zwischen die zwei Heizflächen 46 und 47 zu liegen. Zum Reinigen der äusseren Heizfläche 46 wird eine Wendel 5 eingelegt und für das Reinigen der Fläche 47 des inneren Heizkörpers eine Wendel 49. Die Wendel 49 ist im Durchmesser kleiner als die Wendel 5. Sie dreht sich um das innere Heizrohr 12 und rollt auf diesem ab. Der Wärmeträger wird durch einen Leitungsanschluss 51 in den äusseren Heizraum 41 geleitet und im Rückfluss über eine Verbindungsleitung 53 ins zentrale innenliegende Heizrohr 12 geführt.

In Fig. 4 ist eine weitere Ausführungsform eines Trockners im Querschnitt ersichtlich. Zwischen zwei Tragwänden 55 werden Rohre 13 in Gruppen nebeneinander montiert. Im Beispiel sind zwei Gruppen zu vier Rohren gezeigt. In jedem Rohr 13 liegt

eine freie Wendel 57. Der ganze Rohrblock 5^ ruht auf Exzentern 59 und kann auf vorbeschrxebene Art gesamthaft derart in eine Kreisschwingbewegung gebracht werden, dass die Wendeln 57 auf den Rohrinnenflächen abrollen.

Das zu trocknende Gut wird über die Trichter 60 zugegeben und durchwandert auf vorbeschrxebene Weise das oberste Rohr 13. Das Gut fällt am Ende des ersten Rohres 13 in das darunterliegende Rohr 13 usw. bis es das unterste, in unserem Beispiel das vierte, über Auslassöffnungen 62 verlässt.

Der Wärmeträger, bei dieser Ausführung mit Vorteil Luft, wird durch einen den Trocknerinnenteil umschliessenden Kanal 18 gefördert. Die Kreisbewegung des Trocknerteils im Luftkanal 18 bewirkt eine intensive Turbulenz und wechselnde Strömungsgeschwindigkeiten der Luft an den Rohren 13, womit ein guter Wärmeübergang erreicht wird.

In der Wahl der Anzahl Gruppen, wie in der Wahl der Anzahl untereinanderliegender Rohre ist man frei. Fig. 5 zeigt schematisch eine Ausführungsform eines Trockners _ä die sich besonders für die Trocknung· noch pumpbaren Trockengutes eignet; dabei wird die Abwärme der einen Stufe in der nächsten verwendet. Aus einer Wärmeträgeraufbereitung 19 wird der Wärmeträger über eine Leitung 20 in einen Doppelmantel 21 eines Trockners I und über eine Leitung 22 zurückgefördert. Das vorgewärmte Trockengut

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wird über eine Leitung 23 den Trockner I zugeleitet. Das Trockengut durchwandert den Trockner I und wird über eine Dosiereinrichtung 24 in einen Trockner II gespiesen. Die Leistung der Dosiereinrichtung 24 ist etwas grosser als die anfallende Trokkengutmenge und funktioniert wie ein Zellrad. Sie sorgt dafür, dass neben dem Trockengut möglichst wenig Dampf aus dem Trockner I in den Trockner II entweichen kann. Der Trockner I arbeitet unter einem Druck, der durch das Druckreduzierventil 25 reguliert werden kann. Der unter Dampfdruck stehende Trockenraum 64 des Trockners I ist über die Leitung 26 mit dem Wärmeträgerraum 27 des Trockners II verbunden. Im Raum 27 kondensiert der Abdampf aus dem Trockner I. Das Kondensat wird mit eventuellem Dampfüberschuss über das Druckreduzierventil 25 in den Wärmeträgerraum 28 abgelassen. Der Trockner II arbeitet unter Atmosphärendruck. Damit keine Dämpfe über einen Trockengutauslass 29 entweichen können, wird der Trockenraum 66 des Trockners II über eine Verbindungsleitung 30 mit dem Wärmeträgerraum 28 eines Vorwärmers III verbunden. Diese Abwärme wird zur Vorwärmung des mit einer Pumpe 32 zugeführten Trockengutes verwertet. Der Restdampf mit Kondensat und Falschluft, die durch den Trockengutein- und evtl. Auslass gelangt, fällt in der Leitung 31 an. Die Beseitigung dieser Brüden geschieht auf bekannte Art, die je nach Anordnung durch den Ein- oder Auslass durch den Trocknerraum gezogen wird.

Alle drei Trocknerstufen sind zu einem Block zusammengebaut.

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Sie werden gemeinsam in Kreisschwingung gebracht. Es können daher die Verbindungsleitungen fest montiert werden.

In den Fig. 6-8 sind rein schematisch drei weitere Ausführungen von Trocknern im Längsschnitt dargestellt.

In Fig. 6 ist in einer Trockenkammer 71 mit einem Einfülltrichter 70 eine Wendel 72 konstanten Aussendurchmessers eingebracht. Sie ist mit einem Antrieb 73 verbunden. Dieser kann z.B. eine Rolle sein₅ welche einen vom Aussendurchmesser der Wendel 72 abweichenden Durehmesser aufweist. Da dieser Antrieb 73» z.B. als Rolle, beim Abrollen die gleiche Umfangsgeschwindigkeit aufweist, wie die Innenwand der Trockenkammer 71, so entsteht, da der Durchmesser der Wendel 72 von demjenigen der Antriebsrolle verschieden ist, deren Drehzahl aber gleich derjenigen der Rolle, zwischen Kammerwand und Wendelaussenflache eine Schleifbewegung. Diese hilft wesentlich beim Fördern des Gutes.

Der gleiche Gedanke ist in etwas anderer Ausführung in Fig. 7 verwirklicht. Die Wendel 75 ist hier zweiteilig: ein Teil 76 mit grösserem und ein Teil 77 mit kleinerem Durchmesser sind zusammengebaut. Da nur einer der Teile ohne Schlupf auf der Kammerinnenfläche abrollen kann, entsteht beim anderen Teil Schlupf und damit ein zusätzlicher Fördereffekt.

Analoge Betrachtungen gelten für die Ausführung gemäss Fig. 8,

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in welcher die Wendel 79 sich auf ihrer Länge im Aussendurchmesser ändert.

Derartige Trockner eignen sich besonders gut für die Vakuum-Trocknung, weil drehende und schwer zu dichtende Antriebswellen wegfallen. Die Vorrichtung kann zur Kühlung oder Gefrier-Trocknung von Produkten eingesetzt werden, die zerkleinert werden dürfen. Es ist auch möglich Keissgase bzw. Rauchgase direkt durch den Trockenraum zu führen.

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Claims (7)

1. /A

   Patentansprüche

   (j/.) Vorrichtung zum Eindampfen, Erwärmen oder Kühlen von Flüssigkeiten, die Peststoffe enthalten, oder zum Trocknen, Erwärmen oder Kühlen von Schüttgütern, gekennzeichnet durch eine das Behandlungsgut aufnehmende Vorrichtung mit mindestens einer rohrförmigen Kammer und durch mindestens ein in dieser Kammer mit wesentlichem radialem Spiel angeordnetes Hahl- und Förderorgan und ferner durch Antriebsmittel, um die Kammer bezüglich einer eine Kreisbahn beschreibenden Achse derart zu bewegen, dass jedes Organ, während der Bewegung durch die Zentrifugalkraft gegen eine Wand der Kammer gepresst, eine Mahl- und Förderbewegung in Richtung der Achse bewirkt, sowie gekennzeichnet durch Mittel, um das Behandlungsgut wahlweise zu erwärmen oder zu kühlen.
2. 2.) Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die das Gut aufnehmende Kammer von einem Heiz- oder Kühlmedium durchflossenen Mantel umfasst ist.
3. 3.) Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Mahl- und Förderorgan als ein- oder mehrteilige Wendel mit gleichen oder unterschiedlichen Aussendurchmessern ausgebildet

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4. 4.) Vorrichtung nach Anspruch 3> dadurch gekennzeichnet, dass die Wendel mit Stäben _t z.B. in Achsrichtung, versehen ist»

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5. 5. Vorrichtung nach Patentanspruch,

   dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebsmittel mindestens einen Exzenter zum Erzeugen der Bewegung umfassen.
6. 6. Vorrichtung nach Patentanspruch,

   dadurch gekennzeichnet, daß in der Kammer, z.B. koaxial in dieser, ein, vorzugsweise rohrförmiger, Kühl- oder Heizteil angeordnet ist, wobei wzischen der Kammerwand und dem Kühl- bzw. Heiζteil zwei ineinander gesteckte Mahl- und Förderorgane vorgesehen sind (Fig. 3).
7. 7. Vorrichtung nach Patentanspruch,

   gekennzeichnet durch einen Träger zur Aufnahme von mindestens einer Gruppe übereinander angeordneter, in aarie miteinander verbundene, rohrförmige Kammern, in welchen Wendeln mit Durchmessern wesentlich kleiner als die Rohrinnendurchmesser angeordnet sind, wobei der Träger in einer von Heiz- oder Kühlmedium durchströmten, festen Kammer bewegt wird, z.B. mittels Exzentern (Fig. 4).

   b. Vorrichtung nach Patentanspruch,

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   dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Behandlungsstufen vorgesehen sind, von welchen jede mindestens ein MaKL- und Förderorgan aufweist, wobei die Stufen im Gegenstrom- und/oder im Gleichstromprinzip geschaltet sind.

   3, Vorrichtung nach Patentanspruch,

   dadurch gekennzeichnet, daß das Mahl- und Förderorgan einen Fremdantrieb aufweist.

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