Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Trocknen und Kühlen von feuchten Kristallzuckermassen, insb. feiner Korngröße, von Fructose, Dextrose oder dgl. mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zum Ausführen dieses Verfahrens.
Es ist eine Vorrichtung (Prospekt der Firma FMC Corp., Colmar, PA) bekannt, die eine langgestreckte, im wesentlichen horizontal ausgerichtete Trommel aufweist, an deren einem Ende die feuchte Zuckermasse mit Hilfe eines Schneckenförderers aufgegeben wird. Die Trommel besteht aus einem äußeren Trommelkörper, in dem ein innerer Trommelkörper angeordnet ist, dessen Querschnittsdurchmesser sich vom Eintragsende bis zum Austragsende der Trommel hin kontinuierlich erweitert, wodurch die Zuckermasse beim langsamen Drehen der Trommel eine kleine Wanderungskomponente in Richtung der Trommelachse erhält. Die innere Trommel wird durch eine Vielzahl von schuppenartig sich in Drehrichtung überlappenden Lüftungsklappen gebildet, die eine Vielzahl von Lüftungsspalten begrenzen, durch die Trocknungs- bzw. Kühlluft aus dem Zwischenraum zwischen den beiden Trommeln in das Trommelinnere eintreten kann. Die Lüftungsklappen sind am Innenumfang des äußeren Trommelkörpers mittels radialer Stege befestigt, so daß der Zwischenraum zwischen den beiden Trommeln von einer Vielzahl von in Umfangsrichtung voneinander getrennten, zur Achse der Trommel parallelen Luftführungskanälen begrenzt wird. Der Betrieb der Trommel erfolgt so, daß sich in Abhängigkeit von der aufgegebenen Zuckermasse ein Zuckerstrom in der Trommel bildet, der im wesentlichen etwa im unteren Drittel der Trommel verbleibt. Der Zuckerstrom wird dabei von den Luftklappen der inneren Trommel unterstützt. Wenn die Trommel langsam rotiert¸ wandern die Zuckerteilchen durch eine Rollbewegung längs der freien Oberfläche des in eine Umwälzbewegung versetzten Zuckerstromes auf einem spiralförmigen Weg hin zum Abgabeende der Trommel. Am Eintrittsende der Trommel sind in dem Bereich des Trommelumfanges, der von dem Zuckerstrom bedeckt ist, gestellfeste Zuführungseinrichtungen für erhitzte Trocknungsluft und für Kühlluft so angeordnet, daß zunächst die erhitzte Trocknungsluft nur in den ersten Teil der Trommel, die Trocknungszone, eintritt, während die Kühlluft nur in den letzten Teil der Trommel, die Kühlzone, eintreten kann. Außerdem sind die gestellfesten Luftzuführungen so angeordnet, daß die Luft nur jeweils in die zwischen benachbarten Lüftungsklappen und ihren Stegen gebildeten Längskanäle eintreten kann, die sich jeweils gerade unter dem Zuckerstrom befinden, so daß die Trocknungsluft und die Kühlluft jeweils in das Innere der Trommel nur durch den Zuckerstrom eintreten kann.
Aufgrund der Fließfähigkeit der Zuckermasse bildet diese in der Trommel auf der Oberseite des Zuckermassenstromes eine ebene Grenzfläche die in Form einer Sekante dem Trommelquerschnitt zugeodnet ist. Das bedeutet, daß die Zuckermasse in jeder Querschnittsfläche der Trommel eine ungleichförmige Schichtdicke aufweist, nämlich eine Schicht mit der Querschnittsform eines Kreisabschnittes. Die Bereiche größerer Dicke der Schicht bilden damit einen erhöhten Strömungswiderstand für die Luft. Da sich die Zuckermasse im übrigen in Form eines kompakten Stromes durch die Länge der Trommel bewegt, ergibt sich nur eine geringe Trocknungs- und Kühlleistung. Die Zuckermassen bedürfen daher einer relativ großen Verweilzeit in der Trommel, um ausreichend getrocknet und gekühlt zu werden.
Es ist bekannt, daß mit zunehmender Vereinzelung der Teilchen eines Schüttgutstromes der Wärme- und Stoffübergang und damit auch die Leistung gesteigert werden. Bedarf es für die Vereinzelung der Partikelchen eines höheren Aufwandes oder längerer Zeit, so steigt auch die notwendige Verweilzeit der Teilchen in der Trommel erheblich. Dies gilt insb. bei backigem Feuchtgut, wie Naßzucker feiner Korngröße von z.B. 0,35 mm, wie sie bei Fructose, Dextrose oder dergleichen üblich ist. Abrieselnde Klumpen der Zuckermasse bieten der Luft nur eine kleine wirksame Angriffsfläche und benötigen entsprechend lange Zeit, bis sie zerfallen und ihre Einzelteile getrocknet und gekühlt sind.
Auch bei der Kühlung des Zuckerstromes treten erhebliche Probleme bezüglich der Kühlleistung auf. Dabei ist zu beachten, daß die Geschwindigkeit der im Gegenstrom zu der Zuckermasse fließenden Kühlluft in der Trommel dadurch begrenzt wird, daß möglichst wenig Abrieb an den Zuckerteilchen auftreten soll und möglichst wenig Zuckerteilchen mit der Luft ausgetragen werden. Die Begrenzung der Kühlleistung macht sich insb. bei Trocknungskühlern bemerkbar, bei denen man zur Erhöhung der Zuckerdurchsatzleistung die Trommel von üblichen Kreuzeinbauten auf sogenannte Hubschaufeleinbauten umstellt. Solche Hubschaufeln, die das Gut anheben und zum Abrieseln über den Querschnitt der Trommel bringen, sind allgemein bekannt. Die Gefahr des Mitreißens von Zuckerteilchen aus den abrieselnden Zuckermassen durch die Kühlluft ist dabei besonders groß.
Ferner ist es bekannt, daß man fließfähiges Gut besonders schonend in sogenannten Wirbelschichtverfahren trocknen kann. Solche Wirbelschichtverfahren werden in großem Umfange bei der Herstellung von Instant-Produkten eingesetzt, bei denen unter gleichzeitiger Trocknung des aufgegebenen Bindemittels eine Granulatbildung erfolgt.
Die Praxis hat jedoch gezeigt, daß die bekannten Verfahren und Vorrichtungen zum Kühlen und Trocknen zu einer erheblichen Leistungsbegrenzung sowohl in der Trocknungszone als auch in der Kühlzone der Trommel führen.
Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, die Trocknungsleistung und Kühlleistung bei dem eingangs genannten Verfahren wesentlich zu steigern, ohne die Abmessungen der Trommel zu vergrößern, wobei gleichzeitig die höhere Leistung möglichst mit geringeren Luftströmungsgeschwindigkeiten erreicht werden soll.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Kennzeichens des Anspruchs 1 gelöst.
Wesentlich ist dabei, daß die aufzugebende feuchte Zuckermasse bereits auf ihrem Wege zum Eintrittsende der Trommel zu einer dünnen Schicht auseinandergezogen wird, wobei vorhandene Klumpen oder Agglomerate bereits zu einem erheblichen Teil aufgelöst werden. Diese ausgebreitete dünne Schicht wird dann in einem großflächigen Schleier in einer Ebene im wesentlichen quer zur Achse der Trommel über nahezu die ganze Trommelhöhe abgerieselt, wobei der Schleier im wesentlichen senkrecht und über seine ganze Flächenausdehnung von der Trocknungsluft angeblasen wird. Auf diese Weise erfolgt auf mechanischem Wege eine Freilegung der Teilchenoberflächen für den Angriff der Trocknungsluft, so daß diese mit außerordentlich hoher Wirksamkeit schon bei der Einführung der feuchten Masse einen Großteil der Feuchtigkeit aufnehmen und abführen kann. Dazu ist nur eine relativ geringe Geschwindigkeit der Trocknungsluft erforderlich. Dadurch wird bereits in der Trocknungszone eine außerordentlich hohe Trocknungsleistung ohne Vergrößerung der Abmessungen der Trocknungszone und bei geringerer Strömungsgeschwindigkeit der Trocknungsluft erzielt. In der Kühlzone wird von der als besonders wirksam bekannten Kühlung der Zuckermassen duch Abrieseln von Hubschaufeln über einen wesentlichen Teil der Querschnittshöhe der Trommel ausgegangen, wobei sichergestellt wird, daß die abrieselnden Zuckerteilchen von einem Fluidisierungsbett aufgefangen werden, das großflächig in der Kühlzone entlang einer unter der Trommelachse liegenden horizontalen Ebene angeordnet ist. Die Anordnung des Fluidisierungsbettes auf einer entlang einer Sekante des Trommelquerschnittes orientierten Ebene sorgt dafür, daß die Schichthöhe in dem Fluidisierungsbett sowohl in Längsrichtung der Trommel als auch quer dazu gleichförmig ist, so daß die Kühlluft in allen Bereichen dieses Fluidisierungsbettes gleich wirksam an den Zuckerteilchen angreifen kann. Dabei werden die Zuckerteilchen nicht in einem mehr oder weniger kompakten Strom zusammengehalten, der sich spiralförmig zum Austrittsende der Trommel wälzt, wie dies bei dem bekannten eingangs behandelten Trockner und Kühler der Fall ist. Vielmehr verweilen die Zuckerteilchen in fein verteilter fluidisierter Form in dem Fluidisierungsbett, bevor sie bevorzugt nach einer Seite zur Trommelinnenwand hin abwandern und von den umlaufenden Hubschaufeln erneut erfaßt, angehoben und zum Abrieseln gebracht werden.
Durch das Auffangen der abrieselnden Zuckerteilchen wird aber zugleich auch die mechanische Beanspruchung der Zuckerteilchen außerordentlich herabgesetzt, so daß der Abrieb klein bleibt.
Durch das Auffangen der Zuckerteilchen in einem Fluidisierungsbett wird aber vor allem auch die Kühlleistung wesentlich gesteigert. Die Folge ist, daß bei geringen Abmessungen der Kühlzone eine hohe Kühlleistung erzielt wird und man dabei trotzdem die Kühlluftgeschwindigkeit gegenüber den üblichen Kühlern wesentlich herabsetzen kann bis deutlich unter Werte von 2,5 m/Sek. und bevorzugt um Werte von etwa 1,75 m/Sek.
Weitere vorteilhafte Verfahrensmaßnahmen ergeben sich aus den Ansprüchen 2 bis 4.
Die vorrichtungsgemäße Lösung der Erfindung erfolgt durch die Lehre der Ansprüche 5 und/oder 6. Bevorzugt werden die Maßnahmen der Ansprüche 5 und 6 gemeinsam an einer Vorrichtung angewandt, da dadurch die Leistung dieser Vorrichtung sehr erheblich gesteigert werden kann.
Weitere vorteilhafte Merkmale der Vorrichtung ergeben sich aus den Unteransprüchen 7 bis 14.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand schematischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.
Es zeigen:
Die insgesamt mit 1 bezeichnete Vorrichtung nach Fig. 1 weist eine langgestreckte Trommel 2 auf. Die Achse 11 der Trommel 2 ist gegenüber der Horizontalen entsprechend dem Winkel 12 leicht fallend angeordnet, so daß das Austragende 10 etwas niedriger liegt als das Aufgabeende 9 der Trommel.
Die feuchten Zuckermassen werden an dem Aufgabeende 9 der Trommel 2 durch eine Aufgabeeinrichtung 5 zugeführt. An diesem Ende wird axial gemäß dem Pfeil 6 auch die zumeist temperierte Trocknungsluft zugeführt. In der Trocknungszone 3 ist die Wanderungsrichtung von Trocknungsluft und Zuckermasse gleichgerichtet.
In der Kühlzone 4 ist ein Kühlluftkasten 15 angeordnet. Die Kühlluft wird von der Seite des Austragsendes 10 her sowohl dem Querschnitt der Trommel 2 als auch dem Kühlluftkasten 15 entsprechend den Pfeilen 7 zugeführt. Die getrocknete und gekühlte Zuckermasse wird in Richtung des Pfeiles 8 ausgetragen.
Die Trocknungsluft und die Kühlluft werden in der Trommelmitte von einer Einrichtung 13 aufgenommen, die die Abluft spiralförmig in Richtung des Pfeiles 14 ableitet.
Die Trommel 2 wird um ihre Achse 11 mit langsamer Drehzahl angetrieben.
In Figur 2 ist das Aufgabeende 9 der Trommel 2 im Längsschnitt gezeigt. Dieses Ende ist durch eine gestellfeste Leiteinrichtung in Form eines Leitkörpers 24 verschlossen, der mit einer Quelle für Trocknungsluft verbunden werden kann. Die Leiteinrichtung 24 ist mit der rotierenden Trommel über eine Gleitdichtung verbunden. Der gestellfeste Leitkörper wird durchdrungen von Förderrinnen 28,29, die im dargestellten Beispiel in zwei horizontalen Ebenen übereinander verlaufen. Außerhalb der Leiteinrichtung 24 reichen die Förderrinnen 28,29 in einen Aufgabetrichter der Aufgabeeinrichtung 5. Der Aufgabetrichter ist durch eine Trennwand 27 in zwei Bereiche unterteilt, über die die Beschickung jeweils eines Förderers 28 bzw. 29 erfolgt. Durch Streichkanten, die bis dicht auf den jeweiligen Förderer 28 bzw. 29 reichen (siehe z.B. das untere Ende der Trennwand 27) wird erreicht, daß die Zuckermasse auf jedem ebenen horizontalen Förderer 28,29 in dünner Schicht ausgebreitet wird, wobei Zuckerklumpen oder dgl. bereits mechanisch zum teilweisen Zerfallen gebracht werden. Auf den Förderern 28,29, von denen in Figur 2 zwei gezeigt sind und von denen aber auch drei oder mehr vorgesehen sein können, werden die jeweiligen Zuckermassen in dünnen Schichten auf ihrem Weg in das Innere der Trommel 2 in Querrichtung weiter ausgebreitet. Dabei gelangt die feuchte Zuckermasse jeweils zu einer Rieselkante 30 bzw. 31, über die das Gut über nahezu die ganze Querschnittsbreite und die ganze Querschnittshöhe der Trommel 2 großflächig und schleierförmig abrieselt. Die Rieselkanten 30 und 31 sind sowohl in Richtung der Querschnittshöhe als auch in Richtung der Achse 11 der Trommel 2 gegeneinander versetzt, so daß getrennte Schleier im gegenseitigen Abstand und parallel zueinander entstehen. In einigen Fällen genügt es auch, wenn nur ein Förderer mit einer einzigen Rieselkante vorgesehen ist.
Der Trocknungsluftstrom wird durch die Leiteinrichtung 24 und ggf. durch weitere Einbauten 22, wie Leitbleche, beim Eintritt in das Aufgabeende 9 der Trommel 2 so aufgeweitet, daß die Luft in gleichförmiger Strömung die Schleier über deren ganze Flächenausdehnung etwa senkrecht an- und durchströmt.
Die feuchte Zuckermasse, welche dem Zuführungstrichter entsprechend dem Pfeil 25 zugeführt wird und schleierförmig in das Innere der Trommel 2 abrieselt, wandert nachfolgend in üblicher Weise durch die Trocknungszone 3, die mit entsprechenden Einbauten 21,23 in Form von Stegen ausgerüstet sein kann. Die Trocknungsluft wird dann in der Einrichtung 13 nach Fig. 1 aufgenommen und abgeführt, während die getrocknete Zuckermasse durch die Einrichtung 13 hindurch aus der Trocknungszone 3 in die Kühlzone 4 übertritt.
In der Kühlzone 4 weist die Trommel 2 an ihrer Innenwand einen Kranz von Hubschaufeln 45 auf, deren nach innen gerichtete Kanten eine gemeinsame Bahn überstreichen, die strichpunktiert bei 46 in Fig. 5 angedeutet ist.
Die im unteren Teil der Trommel 2 befindlichen Zuckermassen werden von den Hubschaufeln 45 erfaßt und bis nahe zum höchsten Punkt der Trommel 2 angehoben. Die Zuckerteilchen beginnen schon vor Erreichen des höchsten Punktes von den Hubschaufeln 45 in dünnem Schleier abzurieseln, wobei sie über die Querschnittshöhe der Trommel 2 frei nach unten fallen. Dem Austragende 10 der Trommel 2 wird über den Querschnitt verteilt Kühlluft entsprechend dem Pfeil 7 zugeführt, welche in freier Strömung die abrieselnden Zuckerschleier durchströmt.
Unterhalb der Trommelachse 11 ist entlang einer Sekante des Trommelquerschnittes die ebene und annähernd horizontal angeordnete Oberseite 40 eines Kühlluftkastens 15 vorgesehen. Die Oberseite 40 des Kühlluftkastens 15 ist so mit Öffnungen versehen und wird entsprechend dem Pfeil 7 in Fig. 4 mit einer solchen volumetrischen Leistung mit Kühlluft beschickt, daß sich in Abhängigkeit von der Korngröße der Zuckerteilchen auf der Oberseite 40 des Kühlluftkastens 15 ein Fluidisierungsbett 42 aus Zuckerteilchen ausbilden kann. Aus Figur 5 erkennt man, daß aufgrund der Ausbildung und Anordnung des Kühlluftkastens 15 das Fluidisierungsbett 42 über seine ganze Längs- und Querausdehnung gleichbleibende Dicke aufweist, so daß überall innerhalb des Bettes gleiche Strömungsverhältnisse und damit auch gleiche Kühlwirkungen vorliegen.
In dem dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das Fluidisierungsbett 42 in Richtung der Achse 11 der Trommel 2 durch querverlaufende Wehre 41 in eine Mehrzahl von Bettabschnitten unterteilt, die voneinander unabhängig sind. die Anordnung ist so getroffen, daß die Teilchen aus einem Bettabschnitt im allgemeinen nicht über die Oberkante 41a des jeweiligen Wehres 41 in einen angrenzenden Bettabschnitt übertreten können. Jeder Fluidisierungsbettabschnitt ist nur nach oben und nach der in Figur 5 durch den Pfeil 51 gekennzeichneten Seite des Trommelumfanges hin offen, auf der die Hubschaufeln 45 eine absteigende Bewegung ausführen.
In einzelnen oder allen Abschnitten des Fluidisierungsbettes 42 können Wärmetauscher 50 angeordnet sein, welche von einem Kühlmittel durchflossen werden und mit denen die Kühlluft und die Zuckerteilchen in direkten Kontakt treten können.
Aufgrund der gleichförmigen Schichtdicke und des lockeren Zustandes der Zuckermasse im Fluidisierungsbett 42 wird eine außerordentlich hohe Kühlleistung im Bereich des Fluidisierungsbettes erreicht. Gleichzeitig werden die von den Hubschaufeln 45 herabrieselnden Zuckerteilchen zuverlässig und schonend von dem Fluidisierungsbett 42 aufgefangen. Durch Anzahl und Verteilung der Wehre 41 kann die Verweilzeit der Zuckermassen in den Fluidisierungsbettabschnitten und damit insgesamt in der Trommel 2 im hohen Maße variiert und beeinflußt werden.
Die Kühlluft wird dem Querschnitt der Kühlzone 4 und dem Kühlluftkasten 15 getrennt zugeführt, so daß unabhängig von der Kühlluftwirkung in der Kühlzone 4 das Fluidisierungsbett 42 über die Kühlluftzufuhr zu dem Kühlluftkasten 15 gesteuert werden kann. Aufgrund der hohen Kühlleistung im Fluidisierungsbett 42 kann die Gesamtkühlluftleistung so abgestimmt werden, daß sich in der Kühlzone 4 nur eine vergleichsweise geringe Luftströmungsgeschwindigkeit ergibt. So kann z.B. erreicht werden, daß die Kühlluft beim Übertritt in die Einrichtung 13 zum Abführen der Abluft eine Geschwindigkeit aufweist, die deutlich unter 2,5 m/Sek. liegt. Bevorzugt wird die Anordnung so getroffen, daß die Kühlluftgeschwindigkeit nur im Bereich von 1,75 m/Sek. liegt.