DE2322061A1 - Vorrichtung zum verspruehen und trocknen einer einen feststoffanteil enthaltenden fluessigkeit - Google Patents

Description

MKT-tehtaat Oy, 00700 Helsinki 70 (Finnland)

Vorrichtung zum Versprühen und Trocknen einer einen Feststoff anteil enthaltenden Flüssigkeit

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Versprühen und Trocknen einer einen Feststoffanteil enthaltenden Flüssigkeit, insbesondere Milch, mit einem sich im wesentlichen vertikal erstreckenden Behälter, an dem eine Zuleitung für das Trocknungsgas, insbesondere Heißluft, vorgesehen ist, und einer im oberen Teil des Behälters angeordneten Versprüheinrichtung für die zu trocknende Flüssigkeit, die einen vertikal angeordneten, um seine Achse angetriebenen Einleitungskanal für die Einbringung der Flüssigkeit unter Druck und mindestens einen mit dem Einleitungskanal verbundenen und mit diesem umlaufenden Abzweig aufweist, wobei am Ende jedes Abzweiges Sprühdüsen vorgesehen sind. Derartige Vorrichtungen werden insbesondere in der Herstellung von Milchpulver eingesetzt, um die Milch zu versprühen, zu trocknen und in Pulverform abzuziehen. Die Vorrichtung kann jedoch auch für andere Flüssigkeiten, die einen Feststoffanteil enthalten, eingesetzt werden, beispielsweise bei der Herstellung pulverförmiger Extrakte, die ein besonders gutes Auflösungsvermögen in Flüssigkeiten haben sollen, also beispielsweise Pulverkaffee od.dgl..

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Vorrichtungen zum Versprühen und Trocknen einer einen Feststoffanteil enthaltenden Flüssigkeit, sogenannte Sprühtrockner, sind bereits bekannt. Sie werden bevorzugt in der Nahrungsmittelindustrie, in der chemischen Industrie und bei der Herstellung von Futtermitteln eingesetzt. In diesen Sprühvorrichtungen werden flüssige Konzentrate zu einem. Pulver getrocknet und verarbeitet. Die Vorrichtung läßt sich mit besonderem Vorteil für Milchkonzentrate einsetzen, die einen Anteil an Trockenmasse in der Größenordnung von 20 bis €>Q% aufweisen/ Die Trocknung wird mit der Hilfe von trockener Luft oder von Inertgas bewirkt. Die Temperatur der Trocknungsluft kann in weiten Grenzen variiert werden; meist liegt sie zwischen 150 und 400° C. Die zu trocknende Flüssigkeit wird in die Versprüheinrichtung unter Druck eingeleitet. Der Überdruck bewegt sich in der Größenordnung von l80 - 250 Atm,, so daß die Flüssigkeit in einem sehr feinen Nebel versprüht wird, in dem die Flüssigkeit aus engen Bohrungen der Sprühdüsen in den Behälter austritt. In bekannten Versprühvorrichtungen werden die Sprühdüsen mit einer Geschwindigkeit von etwa 10.000 bis I5.OOO Umdrehungen pro Minute angetrieben. Unter der Voraussetzung, daß die Sprühdüsen etwa 25 cm von der Drehachse entfernt angeordnet sind, beträgt die Umfangsgeschwindigkeit der Sprühdüsen etwa 250 bis 400m/sec. Hieraus resultiert eine Austrittsgeschwindigkeit der Flüssigkeit aus den Sprühdüsen in der Größenordnung von 5 bis 10 m/sec.. Es ist auf diese Austrittsgeschwindigkeit als Differenzgeschwindigkeit zu der Umfangsgeschwindigkeit der Sprühdüsen zurückzuführen, daß die Partikel der Flüssigkeit einer relativ hohen Zentrifugalkraft unterworfen sind, die bewirkt, daß die Partikel seitlich an die Wandung des Behälters geschleudert werden. Dies ist nachteilig, weil auf diese Weise zumindest ein Teil der versprühten Flüssigkeit an der Behälterwandung

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kondensiert, so daß der Trocknungsvorgang wesentlich verschlechtert wird. Wenn als Trocknungsgas ein Gas relativ hoher Temperatur eingesetzt wird, kommt es zu Verbrennungserscheinungen und zur Klumpenbildung bzw. zum Anbacken des Feststoffanteiles an der Behälterwandung.

Um den zuletzt genannten Nachteil zu vermeiden, ist es bereits bekannt geworden, pneumatisch angetriebene Kratzer einzusetzen, die kontinuierlich die an der Behälterwandung anhaftende Masse lösen und hinwegführen. Diese Kratzer bzw. Kratzeinrichtungen lösen jedoch nicht das gesamte Problem, weil der sich an der Behälterwandung niederschlagende Feststoffanteil nicht ausreichend getrocknet werden kann.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden und eine Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art aufzuzeigen, mit der die Trocknung besonders schonend durchgeführt werden kann, wobei die getrockneten und abzuscheidenden Feststoffpartikel während der wesentlichen Phase der Trocknung und Abscheidung berührungslos durch den Behälter geführt werden.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß die Düsen im wesentlichen tangential und entgegengesetzt zur Drehrichtung angeordnet sind und daß der Druck der zu trocknenden Flüssigkeit, die geometrische Gestaltung der Abzweige und Sprühdüsen, der Behälterdurchmesser und die Antriebsdrehzahl des Einleitungskanals so aufeinander abgestimmt sind, daß die zu trocknende Flüssigkeit aus den Sprühdüsen mit einer Geschwindigkeit austritt, die im wesentlichen der Umfangsgeschwindigkeit der Sprühdüsen entspricht.

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Mit anderen Worten soll im wesentlichen die Austrittsgeschwindigkeit der Flüssigkeit aus den Sprühdüsen infolge des einwirkenden Druckes durch die Umfangsgeschwindigkeit der Sprühdüsen ausgeglichen werden. Austrittsgeschwindigkeit und Umfangsgeschwindigkeit sind dem Betrage nach im wesentlichen gleich, jedoch entgegengesetzt gerichtet. Hierauf ist es zurückzuführen, daß die aus den Sprühdüsen austretenden Flüssigkeitspartikel im wesentlichen ohne Einwirkung einer Zentrifugalkraft in den Innenraum des Behälters eingeleitet werden. Es besteht somit keine Gefahr, daß die Flüssigkeitspartikel die Behälterwandung erreichen, um dort zu kondensieren oder anzubacken. Die Bewegung der Flüssigkeitspartikel wird damit nur durch die Vertikalkomponente der AustrittsgeschwindigldLt, durch die Schwerkrafteinwirkung und durch die Strömung des Trocknungsgases beeinflußt. Es versteht sich, daß die erwähnten Geschwindigkeiten nicht exakt gleich sein müssen, weil eine geringe Zentrifugalkraft durchaus erwünscht ist. Diese Zentrifugalkraft muß allerdings .so klein sein, daß die Flüssigkeitspartikel den Raum, in welchem sich die Sprühdüsen bewegen, verlassen, jedoch die Behälterwandung noch nicht erreichen.

In bevorzugter Ausführungsform sind die Sprühdüsen zur Veränderung der Horizontalkomponente der Austrittsgeschwindigkeit der Flüssigkeit in der Vertikalebene schwenkbar und feststellbar ausgebildet. Auf diese Weise kann die Horizontalkomponente der Austrittsgeschwindigkeit einfach beeinflußt werden, um beispielsweise bei konstanter Antriebsdrehzahl verschiedenen Feststoffanteilen unterschiedlicher Flüssigkeiten Rechnung zu tragen. In erster Linie wird natürlich auch Einfluß auf die Horizontalkomponente der Austrittsgeschwindigkeit der Flüssigkeit genommen, um das Gleichgewicht zwischen der Austrittsge-

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sehwindigkeit der Flüssigkeit genommen, um das Gleichgewicht zwischen der Austrittsgeschwindigkeit und der Umfangsgeschwindigkeit zu erreichen bzw. einzustellen.

Es ist ferner vorteilhaft, wenn die Sprühdüsen zur Veränderung der Zentrifugalkomponente der Austrittsgeschwindigkeit der Flüssigkeit in der Horizontalebene schwenkbar und feststellbar ausgebildet sind. Diese Schwenkbarkeit kann auf ein geringeres Maß beschränkt sein als die zuvor beschriebene Schwenkbarkeit.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Vorrichtung besteht darin, daß eine Vielzahl von Sprühdüsen vorgesehen und in mehreren zueinander parallelen Horizontalebenen verteilt angeordnet sind. Hierdurch wird erreicht, daß die Flüssigkeitspartikel, die von den oberen Sprühdüsen versprüht werden, in einen vorgetrockneten Zustand auf solche Flüssigkeitspartikel auftreffen, die von weiter unten befindlichen Sprühdüsen versprüht werden. Hierdurch wird eine Agglomeratbildung der Partikel erreicht. Dies bedeutet, daß die Flüssigkeitspartikel in Haufenform gesammelt werden. Somit erhält man ein agglomeriertes Pulverprodukt, welches besonders günstig weiterverwendet werden kann, weil es gute Auflösungseigenschaften aufweist.

Weitere Merkmale der Erfindung sind Gegenstand weiterer Unteransprüche.

Der Gedanke der Erfindung, der verschiedene Ausführungsmöglichkeiten zuläßt, ist anhand der beiliegenden Zeichnungen dargestellt und im folgenden beschreiben. Es zeigen:

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Pig. 1 einen Vertikal schnitt, der wesentlichen Teile der Vorrichtung,

Fig. 2 eine Ansicht der Verspriiheinrichtung in vergrößerndem Maßstab, teilweise geschnitten und

Fig. 3 einen Schnitt gemäß der Linie III-III in Fig.

In Fig. 1 ist ein Behälter 1 dargestellt, der im wesentlichen einen zylinderförmig ausgebildeten oberen Teil aufweist, an den sich ein nach unten konisch zulaufender unterer Teil anschließt. In den Behälter 1 kann Trocknungsgas in Form von Heißluft von etwa 200° C. über die Zuleitung 2 eingeführt werden. Im oberen Teil des Behälters 1 ist eine Versprüheinrichtung 3 für die zu trocknende Flüssigkeit angeordnet, die im wesentlichen einen vertikalen EinleitungskHanal 4 aufweist, der um seine eigene Achse rotierend angetrieben wird. Hierzu dient beispielsweise der Motor 5> der auch mit einem Getriebe oder mit einer sonstigen Übersetzung versehen sein kann. In den vertikal angeordneten Einleitungskanal 4 wird die zu trocknende Flüssigkeit durch eine Leitung 6 unter einem Überdruck von etwa 200 Atm. eingeführt. Insbesondere aus Fig. 2 ist ersichtlich, daß die Leitung 6 an einen Ringraum 7 anschließt, aus dem die Flüssigkeit, beispielsweise Milch, durch die Durchbrechungen 8 in den Einleitungskanal 4 gelangen kann. Der Einleitungskanal 4 wird mit etwa 300 Umdrehungen pro Minute angetrieben. In dem Behälter 1 und verbunden mit dem vertikalen Einleitungskanal 4 ist ein Satz von vier sich radial erstrebenden Abzweigen 9 und unter diesem nochmals ein weiterer Satz von vier analog ausgebildeten Abzweigen 10 vorgesehen. Jeder Abzweig endet in einer Sprühdüse 11, die mit Bohrungen geringen Durchmessers ausgestattet ist, so daß die Flüssigkeit in den Innenraum

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des Behälters als ein Sprühnebel in feiner Verteilung austreten kann. Dieser Austritt der Flüssigkeitspartikel geschieht in einer tangentialen Ebene und rückwärts, also entgegengesetzt zu der Drehrichtung. Die Sprühdüsen 11 sind in verschiedene Positionen schwenkbar in dieser tangentialen Ebene angeordnet. Bei diesem Bündel von tangentialen Efeenen handelt es sich immer um Vertikalebenen, also um Ebenen, die parallel zu der Drehachse des Einleitungskanals 4 angeordnet sind.

Es ist auch möglich, die Sprühdüsen 11 zusätzlich in einer Horizontalebene verschwenkbar und feststellbar auszugestalten, um auf diese Weise die Einwirkung der Zentrifugalkraft einzustellen.

Die als feiner Nebel versprühte Flüssigkeit und die Trocknungsluft werden in dem Behälter zwangsläufig zu einem Aerosol gemischt, welches sich im Behälterinne nraum langsam nach unten bewegt. Während dieser Abwärtsbewegung trocknet der Nebel aus, so daß die Flüssigkeitspartikel pulverförmige Gestalt gewinnen. Es versteht sich, daß die Abmessungen des Behälters, also insbesondere der Durchmesser und die freie Fallhöhe so bemessen sein müssen, daß das Pulver erst dann mit einem Teil der Behälterwandung in Verbindung kommt, wenn es ausgetrocknet ist. Das Pulver, die Trocknungsluft und der Wasserdampf werden zusammen über die Leitung 12 abgezogen, die am unteren Ende des Behälters 1 angeordnet ist und zu einem Zyklonseparator 13 führt, in dem üblicherweise das Pulver nach unten abgeführt wird und in einen Feststoffbehälter l4 gelangt, während die Luft und der Wasserdampf durch eine Leitung 15 entweichen.

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Die zu trocknende Flüssigkeit kann einen Peststoffanteil von etwa 60$ aufweisen und unter einem Überdruck von etwa 200 Atm. in die Versprüheinriehtung J5 eingeleitet werden. Aufgrund dieses Druckes und unter Berücksichtigung der Formgebung der Sprühdüsen 11 besitzen die Flüssigkeitspartikel eine Austrittsgesehwindigkeit relativ zu den Sprühdüsen von etwa 7,8 m/sec Die Drehzahl, mit der der Einleitungskanal 4 angetrieben wird, beträgt etwa 300 Umdrehungen pro Minute, wobei die Entfernung der Sprühdüsen 11 von der Achse des Einleitungskanals 4 etwa 25 cm beträgt. Hieraus ergibt sich eine Umfangsgeschwindigkeit der Sprühdüsen von etwa 7,85 m/sec. Es versteht sich, daß die Dimensionierung der Einflußgrößen auch beliebig anders gewählt werden kann. Wesentlich ist immer nur, daß die Austrittsgeschwindigkeit durch die Umfangsgeschwindigkeit im wesentlichen ausgeglichen wird. Mit anderen Worten wird die Umfangsgeschwindigkeit und die Austrittsgeschwindigkeit dem Betrage nach etwa gleich, aber entgegengesetzt gerichtet, gewählt. Die Differenzgeschwindigkeit zwischen Umfangsgeschwindigkeit und Austrittsgeschwindigkeit wird im allgemeinen nicht größer als 0,05 m/sec. gewählt. Diese geringe Differenzgeschwindigkeit ist insofern vorteilhaft, daß auf die Flüssigkeitspartikel nur eine relativ kleine Zentrifugalkraft einwirken kann, die ausreicht, die Flüssigkeitspartikel aus dem Bewegungsbereich der Sprühdüsen und der Abzweige hinauszuführen, die aber klein genug ist, damit die Flüssigkeitspartikel eine ausreichende Fallzeit und Trocknungszeit durchmachen können, bevor sie auf die trichterförmige Behälterwandung auftreffen. Die Flüssigkeitspartikel sind also dem Fluß des Trocknungsgases und der Schwerkraft ausgesetzt, so daß

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sie sich plaziert in dem Behälter 1 abwärtsbewegen und dabei austrocknen.

Wenn der Feststoffanteil der zu trocknenden Flüssigkeit z.B. nur 30$ beträgt, so werden die Flüssigkeitspartikel von den Sprühdüsen 11 mit einer vergleichsweise größeren Geschwindigkeit, als oben beschrieben, versprüht. Es ist nunmehr möglich, die Sprühdüsen in der Vertikalebene zu verstellen, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist, so daß die Größe der Horizontalkomponente 16 der Austrittsgeschwindigkeit auf diese Weise ein- und festgestellt werden kann. Damit ist eine einfache Möglichkeit geschaffen, der Umfangsgeschwindigkeit entgegenzuwirken und die Horizontalkomponente der Austrittsgeschwindigkeit ihrem Betrage nach einzustellen. Es versteht sich, daß durch die Verschwenkung der Sprühdüsen 11 in der vertikalen Ebene auch eine Vertikalkomponente 17 der Austrittsgesehwindigkeit entsteht. Diese äußert sich in einer zusätzlichen Abwärtsgeschwindigkeit. Die Vertikalkomponente gleicht sich jedoch sehr schnell aus, so daß die Flüssigkeitspartikel ihre plazierte Abwärtsbewegung innerhalb des Behälters 1 fortsetzen.

Wie aus den Zeichnungen ersichtlich ist, können die Sprühdüsen 11 in mehreren, beispielsweise in zwei zueinander parallelen Horizontalebenen verteilt angeordnet sein. Man erreicht hierdurch, daß die Partikel, die von den oberen Sprühdüsen versprüht werden, einen gewissen Troeknungsweg zurücklegen können, bevor sie mit Partikel, die von den unteren Sprühdüsen versprüht werden, zusammentreffen. Dabei geschieht eine Agglomeration der Partikel. Es versteht sich, daß die Sprühdüsen auch in mehr als zwei Horizontalebenen angeordnet sein können. Wesentlich ist, daß sämtliche Sprühdüsen auf gleichem Umfang angeordnet sind, so daß sie identische Umfangsgeschwindigkeit aufweisen.

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Es ist klar, daß die aufgezeigte Vorrichtung in verschiedenen Punkten abgeändert werden kann, ohne daß damit der Erfindungsgedanke verlassen wird. Beispielsweise kann das Trocknungsgas auch seitlich oder von unten in den Behälter 1 eingeführt werden, so daß der Trocknungsvorgang im Kreuzstrom- oder Gegenstromverfahren abläuft.

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Claims (6)

1. -Ii-

   Patentansprüche :

   ι 1.) Vorrichtung zum Versprühen und Trocknen einer einen Feststoffanteil enthaltenden Flüssigkeit, insbesondere Milch, mit einem sich im wesentlichen vertikal erstreckenden Behälter, an dem eine Zuleitung für das Trocknungsgas, insbesondere Heißluft, vorgesehen ist, und einer im oberen Teil des Behälters angeordneten Versprüheinrichtung für die zu trocknende Flüssigkeit, die einen vertikal angeordneten, um seine Achse angetriebenen Einleitungskanal für die Einbringung der Flüssigkeit unter Druck und mindestens einen mit dem Einleitungskanal verbundenen und mit diesem umlaufenden Abzweig aufweist, wobei am Ende jedes Abzweigs Sprühdüsen vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Sprühdüsen (ll) im wesentlichen tangential und entgegengesetzt zur Drehrichtung angeordnet sind und daß der Druck der zu trocknenden Flüssigkeit, die geometrische Gestaltung der Abzweige (9, 10) und Sprühdüsen (11), der Behälterdurchmesser und die Antriebsdrehzahl des Einleitungskanals (4) so aufeinander abgestimmt sind, daß die zu trocknende Flüssigkeit aus den Sprühdüsen (11) mit einer Geschwindigkeit austritt, die im wesentlichen der Umfangsgeschwindigkeit der Sprühdüsen (11) entspricht.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sprühdüsen (11) zur Veränderung der Horizontalkomponente der Austrittsgeschwindigkeit der Flüssigkeit in der Vertikalebene schwenkbar und feststellbar ausgebildet sind.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sprühdüsen (ll) zur Veränderung der

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   Zentrifugalkomponente der Austrittsgeschwindigkeit der Flüssigkeit in der Horizontalebene schwenkbar und feststellbar ausgebildet sind.
4. 4. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche 1 bis 3> dadurch gekennzeichnet, daß die Sprühdüsen (11) in mehreren zueinander parallelen Horizontalebeneri verteilt angeordnet sind.
5. 5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche Sprühdüsen (11) in definierter konstanter Entfernung von der Drehachse des Einleitungskanals (4) angeordnet sind.
6. 6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahl des Antriebes des Einleitungskanals (4) veränderbar ausgebildet ist.

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