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Verfahren und Vorrichtung zur Wärmebehandlung von Produkten
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in Filtertrocknern, Drucknutschen u.dgl.
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=========================================================== Die Erfindung
betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Wärmebehandlung von Produkten in
Filtertrocknern Drucknutschen u.dgl., in denen Feststoffe mit Wärme behandelt, insbesondere
nach einer Abtrennung von Flüssigkeit vor ihrem Austragen getrocknet werden sollen.
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Es ist bekannt (z.B. aus der DE-AS 28 48 109) Filtrationsrückstände
nach beendeter Filtration vor ihrem Austragen zu trocknen, damit zur Weiterverarbeitung
ggf. eine pulverförmige Trockenmasse vorliegt. Für eine derartige Wärmebehandlung,
insbesondere zum Trocknen, wurde bisher stets Dampf nach zwei Methoden verwendet.
Entweder erfolgte eine Erhitzung durch Konvektion, und zwar über im Kreislauf durch
den zu trocknenden Rückstand geleiteten Dampf oder erhitztem cao"e#s wurde eine
indirekte Trocknung, eine sogenannte Kontakttrocknung vorgenommen. Hierzu wurde
der im allgemeinen als Doppelmantel ausgebildete Zylindermantel mit Dampf beheizt,
wobei der Zylindermantel als Wärmeträger diente. Durch eine Rührwerkseinrichtung,
über die das Produkt entsprechend bewegt wurde, wurde der Trocknungsvorgang unterstützt.
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Dieses Wärmebehandlungsverfahren mittels Dampf ist jedoch in verschiedener
Hinsicht nachteilig. Aufgrund des geringen eigenen Wärmeleitvermögens des Produktes
tritt nur eine allmähliche Erwärmung von außen nach innen auf. Der bei dem Trocknungsvorgang
sich bildende Dampf wirkt als Widerstand dem Trocknungsprozeß entgegen. Außerdem
kann die äußere Schicht durch Krustenbildung erhärten und an verschiedenen Stellen
den Wärmedurchgang behindern, bzw.
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unter Umständen sogar blockieren. Daraus resultiert eine
ungleichmäßige
Erwärmung mit dem Ergebnis einer ungleichmäßigen Trocknung (z.B. Rekondensation).
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Nachteilig ist weiterhin, daß die Energiekosten für diese Wärmebehandlungsverfahren
sehr hoch sind und auch die baulichen Einrichtungen hierfür relativ aufwendig und
teuer sind. Der zur Wärmebehandlung erforderliche Dampf, der zumeist durch teures
Heizöl erzeugt wird, muß im allgemeinen über große Entfernungen vom Erzeuger zum
Filtertrockner, zur Drucknutsche o.dgl. gebracht werden. Auch am Trockner selbst
sind sehr aufwendige und hochdruckfeste Heizeinrichtungen erforderlich und zuletzt
muß das Kondensat wieder zum Erzeuger zurückgeführt werden.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daherjdie#Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
und eine Vorrichtung zur Wärmebehandlung von Produkten in Filtertrocknern, Drucknutschen
u.dgl.
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zu schaffen, in denen die Wärmebehandlung verbessert wird und die
weiterhin auf wirtschaftliche Weise arbeitet.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Wärmebehandlung
mit elektrischer Energie durchgeführt wird.
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Durch die erfindungsgemäße Wärmebehandlung mittels elektrischer Energie
wird der Behälter einfacher im Aufbåu.
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So ist es zum Beispiel nicht mehr erforderlich, in aufwendiger Weise
für den Behälter einen Doppelmantel vorzusehen, der darüberhinaus außerdem auch
noch druckdicht ausgebildet sein muß. Lange Leitungsführungen für Dampf und Abdampf
können entfallen. Leitungsführungen für die elektrische Energie hingegen können
relativ einfach installiert werden. Weiterhin ist von Vorteil, daß die Trocknungsenergie
dort erzeugt werden kann, wo sie benötigt wird. Auf diese Weise treten keine Wärmeverluste
für eine evtl. Zuführung auf.
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Von Vorteil ist weiterhin, daß elektrische Energie heute bereits billiger
ist als fossile Energie und wesentlich einfacher und problemloser zur Verfügung
steht.
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In erfindungsgemäßer Weiterbildung können die Feststoffe durch Infrarotlicht,
durch Mikrowellen oder durch eine -Induktionsheizung behandelt werden.
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Infrarottrocknung hat den Vorteil, daß die Trocknung des Produktes
von innen heraus" erfolgt. Im Gegensatz zur Wärmeleitung und Konvektion ist sie
nicht selbst Träger
der Wärme, sondern sie breitet sich als elektromagnetisches
Feld im Raum aus und bewirkt erst beim Auftreffen auf ein absorbierendes Medium
eine starke Bewegung der Moleküle.
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Die Molekülbewegungen äußern sich dann als Wärmeentwicklung. Der Trockenqphalt--läßt
sich exakt bestimmen und er ist auch steuerbar, was bei einer Dampftrocknung nur
bedingt erreichbar ist. Eine Wärmebehandlung mittels Mikrowellen hat den Vorteil,
daß sie sehr schnell erfolgt.
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Weiterhin lassen sich damit die Erwärmungstemperaturen sehr gut steuern
(z.B. hohe Temperatur und kurze Zeit oder niedrige Temperatur und lange Zeit), so
daß bestimmte Produkte ohne daß sie auf nachteilige Weise verändert werden, ggf.
bis zur Sterilität behandelt und getrocknet werden können. Gerade auf diesem Gebiet
wurden bisher erhebliche Anstrengungen mit entsprechend aufwendigen Einrichtungen
unternommen. So ist z.B. in der DE-AS 23 59 053 ein Verfahren zur Gewinnung von
sterilem, trockenem, kristallinem Produkt beschrieben, bei dem eine Zirkulationstrocknung
mit Dampf erreicht wird, wobei zur Erreichung einer Keimfreiheit ein aufwendiges
Verfahren vorgeschlagen ist.
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Eine induktive Beheizung der Feststoffe hat den Vorteil, daß auf diese
Weise empfindliche.Heizelemente, die insbesondere bei einer im Inneren des Behälters
herrschenden korrosiven At~mosphäre Probleme verursachen können, entfallen können.
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Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung eines erfindungsgemäßen
Verfahrens, die einen Behälter und einen flüssigkeitsdurchlässigen Filterboden,
einen Zulauf, einen Auslaß für die Wärmebehandelten Feststoffe und für die abgefilterte
Flüssigkeit une eine Heizeinrichtung aufweist, besteht darin, daß für die Wärmebehandlung
eine elektrische Heizeinrichtung vorge#sehen ist.
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Die Heizeinrichtung kann z.B. aus in der Behälterwand angeordneten
Heizspiralen bestehen.
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Mit dieser Vorrichtung wird ohne großen baulichen Aufwand eine sehr
gute Beheizung des Behälters erreicht, wobei bezüglich der Leitungsführungen für
die elektrische Energie keine Probleme bestehen.
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Von Vorteil ist es, wenn bei einem mit einem Rührwerk versehenen Behälter,
'dessen Antriebswelle über einen nach innen gezogenen Behälterhals in das Behälterinnere
eingeführt ist, in der Wandung des Behälterhalses Heizspiralen angeordnet sind.
Auf diese Weise wird eine weitgehend gleichmäßige Wärmeverteilung in dem Behälterinneren
erreicht. Zusätzlich können noch in das Behälterinnere ragende Heizstäbe vorgesehen
sein.
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Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß im Inneren
des Behälters eine Infrarotheizeinrichtung angeordnet ist. Die Infrarotheizeinrichtung
kann dabei im Bereich einer Stirnseite des im wesentlichen zylindrischen Behälters
liegen. Auf diese Weise läßt sich eine sehr gute und gleichmäßige Ausstrahlung des
Behälterinneren erreichen.
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Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß der Behälter
mit einer Mikrowellenheizeinrichtung versehen ist. Dabei kann wenigstens ein Sender
der Mikrowelleneinrichtung im Inneren des Behälters auf einer in Achsrichtung verstellbaren,
drehbaren Rührwerkseinrichtung angeordnet sein. Von Vorteil ist es dabei, wenn wenigstens
ein
Sender auf einem über den zu behandelnden Feststoffen drehbaren Rührwerksarm angeordnet
ist.
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Während der Filtration arbeitet die Rührwerkseinrichtung in herkömmlicher
Weise zur Umwälzung des Produktes. Zum anschließenden Wärmebehandeln durch die Mikrowelleneinrichtung
wird die Rührwerkswelle aus dem Produkt herausgefahren und die Mikrowelleneinrichtung
aktiviert, wobei die Rührwerkseinrichtung über dem zu trocknenden Produkt umläuft.
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Damit wird eine gleichmäßige Beschickung des Produktes mit Mikrowellen
erreicht.
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Von Vorteil ist es weiterhin, wenn wenigstens ein Sender auf der Rührwerkswelle
angeordnet ist. Auf diese Weise wird eine weitere Verbesserung in der Wärmebehandlung
erreicht. Insbesondere, wenn der Behälter in eine andere Lage gekippt wird-(z.B.
zur Entleerung) läßt sich damit: lockeres Produkt an der Behälterwand bestrahlen.
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Die Einrichtungen zur Erzeugung und/oder Einleitung der Mikrowellen
in das Innere des Behälters können in ein facher Weise im Inneren der als Hohlwelle
ausgebildeten Rührwerkswelle an#geordnet sein.
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Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung besteht dari'n, daß der Behälter
mit einer Induktionsheizeinrichtung versehen ist, wobei der Behälter die Sekundärwicklung
darstellt und auf der Außenseite des Behälters die Primär* wicklung angeordnet ist.
Dabei erfolgt die Erwärmung des Produktes induktiv unter dem Einfluß eines Magnetwechselfeldes,
das die leitende Behälterwand entsprechend erwärmt. Von der Behälterwand wird die
Wärme entsprechend an das zu behandelnde Produkt abgegeben.
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Zur Vermeidung von Wärmeverlusten nach außen kann es von Vorteil sein,
wenn an oder im Bereich der Außenseite des Behälters zwischen ihm und der Primärwicklung
eine temperaturbeständige Isolierung angeordnet ist.
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Zur besseren Wärmeverteilung und zur Umschichtung des Produktes kann
im Inneren des Behälters - wie an sich bekannt - ein Rührwerk angeordnet sein.
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Der Behälter kann im wesentlichen eine Zylind.erform besitzen, wobei
sich im Bereich einer Stirnwand der Filterboden befindet und wobei von der anderen
Stirnseite aus,
die im wesentlichen eine ebene Fläche darstellt,
eine Rührwerkswelle mit Rührorganen in das Behälterinnere ragt.
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Eine derartige Ausgestaltung ist konstruktiv einfach erzustellen und
auch einfach in der Reinigung. Insbesondere durch die im wesentlichen ebene Fläche
wird die Lagerung und die Einführung der Rührwerkswelle einfacher.
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Um die Entleerung des Behälters zu erleichtern, kann - wie an sich
bekannt - vorgesehen sein, daß der im wesentlichen zylindrische Behälter um eine
horizontale, senkrecht zur Zylindermantelfläche verlaufende Achse stufenlos schwenkbar
ist. In einem derartigen Falle wird sich die Auslaßöffnung während des Filtrations-
und Trocknungsbetriebes im oberen Bereich des Behälters befinden. Zur Entleerung
wird der Behälter dann so gekippt, daß die Auslaßöffnung im unteren Bereich liegt
und das getrocknete Produkt, das durch diese Schwenkbeweguninach oben gelangt, auf'einfache
Weise nach unten herausfallen.
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Nachfolgend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung, aus denen weitere
erfindungsgemäße Merkmale hervorgehen, anhand der Zeichnung prinzipmäßig beschrieben.
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Es zeigt: Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Filtertrockner mit einer
Mikrowelleneinrichtung, Fig. 2 einen erfindungsgemäßen Filtertrockner mit einer
Infrarotheizeinrichtung, Fig. 3 einen erfindungsgemäßen Filtertrockner mit.
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Heizspiralen und Heizstäben, Fig. 4 einen erfindungsgemäßen Filtertrockner
mit einer Induktionsheizung.
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Der in der Fig. 1 prinzipmäßig dargestellte Filtertrockner weist einen
Behälter 1 auf, der schwenkbar in einem Gestell 2 gelagert ist. Der Behälter besitzt
im wesentlichen Zylinderform. Im Bereich der unteren Stirnwand ist ein Filterboden
3 mit einem Auslaß 4 für die ausgefilterte Flüssigkeit angeordnet. Von der Oberseite
des Behälters 1 aus, die im wesentlichen eine ebene Fläche darstellt, ragt eine
Rührwerkswelle 5 mit ein oder mehreren Rührwerksarmen 6. Die Rührwerksarme 6 können
beliebige
Form aufweisen und z.B. so ausgebildet sein, daß sie auch die Behälterwand zur Reinigung
und zum Abschaben von daran haftendem Produkt überstreichen.
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Die Rührwerkswelle 5 wird von einem Antriebsmotor 7 aus angetrieben.
Auf der Oberseite bzw. im Bereich der Oberseite befindet sich ein Auslaß 8 für die
Entfernung des zu trocknenden Produktes. Der Auslaß 8 gelangt bei einer Verschwenkung
des Behälters 1 entsprechend nach unten. Die Zufuhr des Produktes kann über einen
Einlaß 9 erfolgen.
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Aufbau und Wirkungsweise einer Mikrowelleneinrichtung ist allgemein
bekannt, weshalb nachfolgend nicht näher darauf eingegangen wird. Als Mikrowellen
werden elektromagnetische Wellen im Millimeter- bis Dezimeterwellenbereich und mit
Frequenzen zwischen 1 und 300 GHz bezeichnen. Diese ehergiereichen Strahlen durchdringen
Oberflächen von nichtreflektieren'den Körpern und'erzeugen daher Wärme auch im Inneren
des Gutes, wobei die Wellen bevorzugt durch Wasser absorbiert werden wegen seiner
großen Dielektrizitätskonstante.
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Ein Hochfrequenzwellengenerator 10 mit einem Magnetron ist außerhalb
des Behälters angeordnet. Die Wellen werden durch
das Innere der
als Hohlwelle ausgebildeten Rührwerkswelle 5 in den Behälterinnenraum eingeleitet,
wo die Abstrahlung entsprechend über Sender 11 erfolgt. Die Sender 11 können dabei
auf der Rührwerkswelle 11 und auf ein oder mehreren horizontal über dem zu behandelnden
Produkt rotierenden Rührwerksarmen 6 angeordnet sein.
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Selbstverständlich können die Sender jedoch auch an anderen Stellen
im Inneren des Behälters angeordnet sein. Wenn die Behälterwand gegenübekrowellen
durchlässig ist, können der oder die Sender auch außerhalb des Behälters 1 liegen.
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In der Fig. 2 ist ein Filtertrocknermit einer Infrarotheizeinrichtung
dargestellt. Der konstruktive Aufbau des Filtertrockners ist - ebenso wie in den
nachfolgenden Ausführungsbeispielen - der gleiche, wie bei dem anhand der Fig. 1
erläuterten Filtertrockner, weshalb hierfür die gleichen Bezugszeichen verwendet
werden.
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Unterschiedlich ist lediglich, daß anstelle einer Mikrowelleneinrichtung
im Bereich der oberen Stirnseite des Behälters 1 ein Infrarotstrahler 12 angeordnet
ist.
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Als Infrarotatrahler 12 können ;verschiedene auf dem Markt befindliche
Strahler verwendet werden. Die Lage des Strahlers ist dabei mit der Lage des zu
behandelnden Produktes in Einklang zu brin#gen. Zweckmäßigerweise soll dabei die
Wahl des Strahlerspektrumes so getroffen werden, daß dieses Spektrum im Bereich
der größten Absorbti-on des zu verdampfenden Stoffes fällt. Hierbei sind Infrarotstrahler
behilflich, die durch einen eingebauten Temperaturfühler die Oberflächentemperatur
erfassen können. Gut geeignet für diese Ausgestaltung der Erfindung sind z.B. flächenförmig
ausgebildete, keramische Infrarotstrahler. Wenn dabei ein Therm'oelement'-ein'gebaut-ist,
das als Pilotstrahler mit nachgeschalteter Regler-Steuereinheit die Wärmestrahlungsabgabe
der Strahlerfläche re#geIt, ist:-es möglich, die Bestrahlungseinrichtung so einzus'tellen,
daß die wirtschaftlich günstigste und für das bestrahlte Produkt schotienste Arbeitsweise
sichergestellt werden kann.
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In der Fig. 3 ist ein Filtertrockner dargestellta in des sen Behälterwand
Heizspiralen 13 angeordnet sind. Da zur Reduzierung der Bauhöhe für den Filtertrocktier
die Rührwerkswelle
im Inneren eines Behälterhalses 14 gela#gert
ist, ist zusätzlich auch der Behälterhals mit Heizspiralen versehen. Außerdem ragen
von der oberen Stirnseite aus mehrere Heizstäbe 15 in das Innere des Behälters 1
und sorgen damit ebenfalls für eine gleichmäßige Erwärmung des Produktes.
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In der Fig. 4 ist ein Filtertrockner mit einer Induktionsheizung prinzipmäßig
dargestellt.
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Dabei stellt der zu erhitzende Behälter 1 den Kern einer Wicklung
16 dar, die um den Behälter gelegt ist und durch die ein Wechselstrom geleitet wird.
Die Wicklung 16 kann dabei aus einem mit Asbest isolierten Draht mit kleinem Ohmschen
Widerstand bestehen.Der sekundäre Heizstrom entsteht auf diese Weise unmittelbar
in der Behälterwand 1.
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Neben einer Trocknung von Produkten können die erfindungsgemäßen Verfahren
und Vorrichtungen selbstverständlich auch für andere Wärmebehandlungszwecke oder
zusätlich zu Trocknungszwecken verwendet werden. So sind sie z.B. zum Warmhalten
von Produkten geeignet, wenn z.B. die Viskosität konstant gehalten werden soll.
Ebenso ist deren Verwendung zur Einleitung und/oder Beschleunigung von chemischen
Reaktionen durch entsprechende Wärmezufuhr möglich.
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