Verfahren zum Eindampfen von Losungen, Emulsionen, Suspensionen oder dergleichen.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Eindampfen von Losmgen, Emulsionen, Suspensionen oder dergleichen und bezieht sich auf solche Verfahren, bei denen die Flüssigkeit in zerstäubtem Zustand in eine von einem gasförmigen Troekenmittel, vorzugs- weise warmer Luft, Rauchgasen oder der gleiehen durehströmte Troekenkammer eingespritzt wird.
Vorrichtungen zur Ausfüh- rung soleher Verfahren sind bekannt, bei denen die Flüssigkeit mittels verschiedener ZerstÏubungsapparate, wie beispielsweise Düsenmundstücke oder rotierender Verteilerscheiben, zerstäubt wird und die Flüssigkeitspartikel mit sehr grosser Geschwindigkeit aus- geschleudert und mit der die Trockenkammer durehströmenden warmen Luft vermischt werden, wodurch der Wassergehalt der Partikel unter Aufnahme der WÏrme der Luft eingedampft wird : Das Trockenmittel wird dabei der Trockenkammer vorteilhaft in der Weise zugeführt, dass dasselbe dazu gezwungen wird, die Kammer längs sphraubenlinienförmiger Bahnen zu durchströmen.
Beim Eindampfen und Trocknen gema¯ dieser Methode ist es von besonders grosser Bedeutung, dass die Flüssig'keitspartikel nicht zur Trockenkam- merwand oder zu andern festen Gegen- ständen gelangen, bevor sie eingetrocknet sind, da sonst die mehr oder minder klebrigen ungetrockneten Partikel an der Wand haften und der Einwirkung der warmen Luft auch nach vollzogenem Eintrocknen ausgesetzt bleiben würden, wodurch die Qualität des Produktes bedeutend schlechter wird, ja sogar r kann dasselbe ganz zerstört werden, wie dies beispielsweise mit Milch der Fall ist.
Es sind nun versehiedene Anordnungen und Verfah- ren bekannt, die dazu bestimmt sind, die Flüssigkeitspartikel daran zu hindern, dass sie die Trockenkammerwände erreichen und sieh dort niederschlagen. Dabei hat man vor allem angestrebt, die Flüssigkeitspartikel in der eigentlichen Trockenzone, das heisst in dem Abschnitt der Troekenkammer, wo die Partikel aus dem üblicherweise zentral gelegenen Verteiler ausgeschleudert werden und wo daher der Feuchtigkeitsgehalt der Partikel am grössten ist, daran zu hindern, dass sie bis zu den WÏnden gelangen k¯nnen.
In dieser Absicht hat man bisher die Trockenkammer mit einem so grossen Durchmesser ausgeführt, dass die Flüssigkeitspartikel zufolge der kinetisehen Energie, die sie in der Zerstäubungs- zone besitzen, nieht bis zu den Wänden gelangen können, indem diese Partikel durch den Luftstrom in eine von der ursprüng- lichen, üblicherweise direkt gegen die WÏnde zu gerichteten Aussehleuderungsrichtung ab weichende Richtung abgelenkt werden. Es war hierbei notwendig, Troekenkammerdurehmesser in der Grössenordnung von 5 m oder noch mehr anzuwenden.
Bei grossen Leistungen kann somit der Durchmesser der Troekenkammer bis zu 10 m waehsen, indem die kinetische Energie der Partikel von der Leistung, das heisst von der Menge der in der Zeiteinheit einzuspritzenden Menge abhängig ist.
Aber selbst wenn durch Anwendung von sehr grossen Troekenkammerdurchmessem erreicht werden konnte, dass die Partikel in ungetroeknetem Zustande nicht zur Trockenkammerwand gelangen, muss man bei dieser Anordnung einen in betriebswirtschaftlicher Hinsicht sehr schwerwiegenden Nachteil in Kauf nehmen. Die der jeweiligen Leistung betriebswirtschaftlich entsprechende Luftmenge wird nämlieh bei gewohnlichen Trockentemperaturen nicht zur Herbeiführung einer wirksamen Strömung durch die ganze Quer- schnittflÏche der Trockenkammer ausreichen.
Das Trockenmittel durchströmt somit die Trockenkammer mit verhältnismässig niedri ger Geschwindigkeit ; dies führt wiederum zum Nachteil, da¯ bedeutende Mengen des Troekenmittels überhaupt nicht mit den Flüssigkeitspartikeln in Berührung kommen. Bei solehen Anordnungen kann man durch llessungen feststellen, dass grosse Gebiete in der Trockenkammer von Rücklaufwirbeln und Luftstromen eingenommen werden, die ganz frei von Flüssigkeits-oder Pulverpartikeln sind. Diese Luftstrome und Wirbel geben ihre Wärme an die Trockenkammerwände ab, wodurch grosse Wärmeverluste entstehen.
¯blicherweise wird der Wärmebedarf einer solehen Trockenkammer in der Weise ausgedrüekt, dass die zur Aufwärmung der Troekenluft erforderliche Dampfmenge in kg f r 1 kg in der Trockenkammer abgedampftes Wasser angegeben wird. Dieser Wert wird beim Eintrocknen beispielsweise von Vollmileh in Reklamen mit 2, 3 kg Dampf pro kg Wasser angegeben ; bei gelegentlich in Apparaten im Betriebe vorgenommenen Messungen fand man jedoch üblicherweise einen Wert von 3-3, 5 kg Dampf pro kg Wasser.
Bei der Untersuchung der Betriebsverhältnisse findet man, da¯ aus der zugeführten Wärmemenge etwa 20-30 /o als reine Wärmeverluste zufolge der obenerwähnten Umstände und der enormen Wandfläehen bei solchen Trocken- kammern verlorengehen. Die Anwendung von Trockenkammern mit gro¯em Durchmesser ist somit mit einer sehr schlechten Betriebswirt- sehaftliehkeit verbunden.
Die oben angedeuteten Nachteile lassen sieh beim Verfahren nach vorliegender Erfindung- vermeiden. Diese bezieht sich auf ein Verfahren zum Eindampfen von L¯sungen, Emulsionen, Suspensionen oder der ; leichen, bei welchem die Flüssigkeit in zerstäubtem Zustand in der Nähe des einen Endes einer von einem gasförmigen Troekenmittel clurch strömten Trockenkammer in einer Richtung eingespritzt wird, die eine gegen die Trocken- kammerwand gerichtete Komponente hat, wobei das gasformige Troekenmittel an dem jenigen Ende der Trockenkammer zugeführt wird, wo das Einspritzen der Flüssigkeit stattfindet, und wobei das Trockenmittel am andern Ende der Trockenkammer abgezogen wird, dadurch gekennzeichnet,
dass das Trockenmittel mit so hoher mittlerer axialer Strömungsgeschwindigkeit (V) in m/s durch die Trockenkammer geschickt wird, dass der Ausdruck ti-tu/tu. V/G, in welchem ti die Ein tu G tritts- und tu die Austrittstemperatur des Troekenmittels in OC und G die in der Trockenkammer abgedampfte Wassermenge in kg/s bedeutet, einen Zahlenwert von min destens 5 aufweist. In der Praxis kann man auch mit Werten von 6, 7, 8, 9, 10 oder noch h¯her arbeiten.
Bei normalen Eintrittstemperaturen des Trockenmittels von etwa 150 C bedeutet das eine wesentlicheVergr¯¯erungder Str¯mungsgeschwindigkeit des Trockenmittels im Vergleich mit den Verhältnissen bei früher gebräuehliehen Trockenkammern. Dadurch wird eine bessere Vermischung der Luft und der Flüssigkeitspartikel erreicht, wodurch die Ab dampfung beschleunigt wird und dabei die WÏrme der Luft wirksamer ansgenützt werden kann. Zufolge der grossen Bewegungs- energie des Luftstromes werden die Partikelstr¯me aus ihrer radialen Laufbahn wirksamer abgelenkt und die Partikel in radialer Richtung kräftig abgebremst.
Dieser Umstand, zusammen mit dem schnellen Trocknen, ermöglicht, dass der Durchmesser der Trocken- kammer bedeutend verringert werden kann, ohne dass die Gefahr entsteht, dass die Partikel sich an den Wänden niedersehlagen.
Durch Verringerung der Trockenkammer- Dimensionen werden auch die durch Ableitung durch die WÏnde entstehenden WÏrmeverluste bedeutend vermindert.
Der wärmewirtschaftliche Gewinn kann durch Vergleich des Wärmebedarfs f r eine Anordnung, welche naeh dem Verfahren gemäss der Erfindung betrieben wird, mit dem bei früher bekannten Anordnungen bei übereinstimmenden Betriebsverhältnissen beleuchtet werden. Bei bekannten Anordnungen ist im allgemeinen eine Dampfmenge in der Gr¯¯enordnung von 3 kg Dampf pro kg Wasser erforderlieh, wogegen die entsprechende Menge f r eine erfindungsgemäss arbeitende Anordnung 1, 7 kg Dampf pro kg abgedampftes Wasser beträgt.
Keinesfalls wird der WVärmeverbraueh 2 kg Dampf pro kg in der Trockenkammer abgedampften Wassers übersteigen,
Das Einströmen von Luft in die Trocken- kammer kann mittels Leitorganen, die um die Trockenkammer herum in einem ringf¯rmigen Raum angeordnet sind, beeinflusst werden, so dass die einströmende Luft mehr oder weniger auf die zentralen Teile der Kammer gerichtet werden kann. Dadureh wird eine Regelungs- möglichkeit teils zur Herbeiführung einer mögliehst wirksamen Vermischung von Luft und Fl ssigkeitspartikeln, teils zum Zu standebringen der erforderlichen Ablenkung des Partikelstromes bei versehiedenem spezifrischem Gewicht, versehiedener Viskosität oder dergleichen erreicht.
An Hand der Zeichnung, die einen zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens geeigneten Apparat zeigt, soll das Verfahren nach der Erfindung nachfolgend beispielsweise erläutert werden.
Fig. l ist ein Vertikalsehnitt durch den Apparat,
Fig. 2 ein Querschnitt nach Linie A-A von Fig. 1 und
Fig. 3 ein Querschnitt nach Linie B-B von Fig. 1.
Der Apparat besitzt eine die Trocken- kammer umgebende, vorzugsweise zylindrische Trommel 1 mit einem Boden 2 und einem Deckel 3. Die Zerstäubung der Flüssigkeit erfolgt durch die Verteilungsvorrichtung 4, die von einem im GehÏuse 5 eingebauten Motor angetrieben wird. Die Flüssigkeit wird durch die Robre 6 zugeführt, die in die Ver teilungsvorrichtung 4 mündet. Die Trocken- luft wird in den Ringraum 7 eingeführt, der den Oberteil der Trommel 1 umschliesst und mit dem Innern der Trockenkammer über eine in der Trommelwand angebrachte, ring- f¯rmige Íffnung 8 kommuniziert.
In dieser ringförmigen Öffnung sitzen Leitorgane 9, die um vertikale Achsen drehbar und verstellbar sind, so dass sie in verschiedenen Winkellagen im Verhältnis zu dem zu dem betreffenden Leitorgan gezogenen Radius eingestellt werden können. Durch diese Verstellbarkeit der Leitorgane 9 kann der eintretende Luftstrom mehr oder weniger auf den zentralen Teil der Trockenkammer hin gerichtet werden, um unter versehiedenen Betriebsverhältnissen die bestmöglichen Ergebnisse zu erzielen.
Gleich zeitig wird hierdurch der Luftstrom um die Achse der Trockenkammer herum in zirku- lierende Bewegung versetzt ; diese Bewegung setzt sieh mit der Bewegung in axialer Rich tung zusammen, so dass die Luft die Trocken- kammer entlang schraubenlinienf¯rmiger Bahnen durchstr¯mt. Das Luft-Wasserdampfgemisch zieht durch einen in der NÏhe des Bodens angeordneten, an eine Leitung 10 angesehlossenen Abzug 11 ab, in dem Leitorgane 12 sitzen, die-ebenso, wie die Leitorgane 9-in versehiedene AVinkellagen einstellbar sind, um eine wirksame Pulverabsonderung aus dem Luftstrom zu gewährleisten.
Die getrockneten Partikel sammeln sich am Boden 2 und von dort werden sie durch die im Boden vorgesehenen Íffnungen 13 mit Hilfe eines rotierenden Schabers 14 entfernt.
Das Verfahren soll nachstehend durch ein Beispiel näher erläutert werden.
Die bei einem vorgegebenen Wert von G erforderliehe Dampfmenge bedeutet die total aufzuwendende Wärmemenge, in der somit sowohl die zur Abdampfung erforderliehe Wärme als auch die Wärme inbegriffen ist, die in Form von Verlusten, teils durch die Troekenkammerwände, teils durch den WÏrmeinhalt der abziehenden Trockenluft abgeht. Diese Wärmemenge wird mittels der eingeführten Trockenluft zugeführt.
Normalerweise wird das Temperaturver- hältnis gegeben sein, da man die Temperaturen mit Rüeksieht auf die gegebenen Erwärmungsmögliehkeiten wählen wird. Normale Werte sind dabei beispielsweise ti = etwa l GO C und tu = etwa 80 C. Das Temperatur- verhältnis in der Formel wird somit gleich 1.
Wenn man von einem gegebenen Wert des Faktors G ausgeht, ist lediglich der Wert des Faktors V zu bestimmen. Je kleiner der Trockenkammerdurchmesser gewählt wird, desto grosser wird der Faktor V, da ja die Luftmenge, die erforderlieh ist, um beim festgesetzten Temperaturverhältnis die zum Abdampfen der Wassermenge G erforderliehe Wärmemenge zuzuführen, durch den Wert von G bestimmt ist. Der Trockenkammerdurchmesser ist somit so zu wÏhlen, dass der Zahlenwert der Formel den angegebenen Wert von mindestens 5 erreicht.
Process for evaporating solutions, emulsions, suspensions or the like.
The invention relates to a method for evaporation of lots, emulsions, suspensions or the like and relates to such methods in which the liquid is injected in the atomized state into a drying chamber with a gaseous drying agent, preferably warm air, flue gases or the simultaneous flow-through drying chamber .
Devices for executing such methods are known in which the liquid is atomized by means of various atomizing devices, such as nozzle mouthpieces or rotating distributor disks, and the liquid particles are thrown out at very high speed and mixed with the warm air flowing through the drying chamber, whereby the Water content of the particles is evaporated while absorbing the heat of the air: The desiccant is advantageously supplied to the drying chamber in such a way that it is forced to flow through the chamber along spherical lines.
When evaporating and drying according to this method, it is of particular importance that the liquid particles do not get to the drying chamber wall or other solid objects before they have dried, otherwise the more or less sticky undried particles will stick to the Adhere to the wall and would remain exposed to the action of the warm air even after drying has been completed, whereby the quality of the product is significantly poorer, even the same can be completely destroyed, as is the case with milk, for example.
Various arrangements and methods are now known which are designed to prevent the liquid particles from reaching the drying chamber walls and seeing them precipitate there. The main aim was to prevent the liquid particles in the actual drying zone, i.e. in the section of the drying chamber where the particles are ejected from the distributor, which is usually located in the center and where the moisture content of the particles is therefore greatest, from them can get to the walls.
With this in mind, the drying chamber has hitherto been designed with such a large diameter that the liquid particles, due to the kinetic energy they have in the atomization zone, cannot reach the walls, as these particles are transported through the air flow into one of the Originally, usually directed directly against the walls, the direction of the throwing of the looks deviating from the direction. It was necessary to use a drying chamber diameter of the order of 5 m or more.
In the case of high outputs, the diameter of the drying chamber can thus grow up to 10 m, in that the kinetic energy of the particles is dependent on the output, i.e. on the amount of the amount to be injected in the unit of time.
But even if it was possible to achieve by using very large drying chamber diameters that the particles do not reach the drying chamber wall in an undried state, one has to accept a very serious disadvantage from an economic point of view with this arrangement. The amount of air that is economically appropriate for the respective output will namely not be sufficient at normal drying temperatures to bring about an effective flow through the entire cross-sectional area of the drying chamber.
The desiccant thus flows through the drying chamber at a relatively low speed; this in turn leads to the disadvantage that significant quantities of the drying agent do not come into contact with the liquid particles at all. With such arrangements, it can be determined by measurements that large areas in the drying chamber are occupied by return eddies and air currents which are completely free of liquid or powder particles. These air currents and eddies give off their heat to the drying chamber walls, which results in large heat losses.
The heat demand of such a drying chamber is usually expressed in such a way that the amount of steam required to warm up the dry air is given in kg for 1 kg of water evaporated in the drying chamber. When whole milk dries, for example, this value is given in advertisements as 2.3 kg of steam per kg of water; however, when measurements were occasionally carried out in apparatus in the company, a value of 3-3.5 kg of steam per kg of water was usually found.
When examining the operating conditions, one finds that about 20-30 / o of the amount of heat supplied is lost as pure heat losses due to the above-mentioned circumstances and the enormous wall areas in such drying chambers. The use of drying chambers with a large diameter is therefore associated with very poor business economics.
The disadvantages indicated above can be avoided in the method according to the present invention. This refers to a process for evaporating solutions, emulsions, suspensions or the; in which the liquid in the atomized state is injected in the vicinity of one end of a drying chamber through which a gaseous drying agent flows in a direction which has a component directed against the drying chamber wall, the gaseous drying agent at that end of the drying chamber is fed, where the injection of the liquid takes place, and wherein the desiccant is withdrawn at the other end of the drying chamber, characterized in,
that the desiccant is sent through the drying chamber with such a high mean axial flow velocity (V) in m / s that the expression ti-tu / tu. V / G, in which ti is the entry temperature and tu the exit temperature of the drying agent in OC and G the amount of water evaporated in the drying chamber in kg / s, has a numerical value of at least 5. In practice you can also work with values of 6, 7, 8, 9, 10 or even higher.
At normal inlet temperatures of the desiccant of about 150 C, this means a significant increase in the flow rate of the desiccant compared to the conditions in previously used drying chambers. This results in a better mixing of the air and the liquid particles, whereby the evaporation is accelerated and the heat of the air can be used more effectively. As a result of the high kinetic energy of the air flow, the particle flows are more effectively deflected from their radial path and the particles are strongly decelerated in the radial direction.
This fact, together with the rapid drying, enables the diameter of the drying chamber to be reduced significantly without the risk of the particles depositing on the walls.
By reducing the dimensions of the drying chamber, the heat losses caused by dissipation through the walls are also significantly reduced.
The heat economic gain can be illuminated by comparing the heat requirement for an arrangement which is operated according to the method according to the invention with that in previously known arrangements under the same operating conditions. In known arrangements, an amount of steam in the order of 3 kg of steam per kg of water is generally required, whereas the corresponding amount for an arrangement according to the invention is 1.7 kg of steam per kg of evaporated water.
Under no circumstances will the heat consumption exceed 2 kg of steam per kg of water evaporated in the drying chamber,
The inflow of air into the drying chamber can be influenced by means of guide elements which are arranged around the drying chamber in an annular space, so that the inflowing air can be directed more or less onto the central parts of the chamber. In this way, a control possibility is achieved partly to bring about the most effective possible mixing of air and liquid particles, partly to bring about the necessary deflection of the particle flow with different specific gravity, different viscosity or the like.
With reference to the drawing, which shows an apparatus suitable for carrying out the method according to the invention, the method according to the invention will be explained below, for example.
Fig. 1 is a vertical section through the apparatus,
Fig. 2 is a cross-section along line A-A of Figs
Fig. 3 is a cross section along line B-B of Fig. 1.
The apparatus has a preferably cylindrical drum 1 surrounding the drying chamber with a base 2 and a cover 3. The liquid is atomized by the distribution device 4, which is driven by a motor built into the housing 5. The liquid is supplied through the Robre 6, which opens into the distribution device 4 Ver. The drying air is introduced into the annular space 7, which surrounds the upper part of the drum 1 and communicates with the interior of the drying chamber via an annular opening 8 made in the drum wall.
In this annular opening, guide elements 9 are seated, which are rotatable and adjustable about vertical axes so that they can be set in different angular positions in relation to the radius drawn to the guide element in question. As a result of this adjustability of the guide elements 9, the incoming air flow can be directed more or less towards the central part of the drying chamber in order to achieve the best possible results under different operating conditions.
At the same time, this sets the air flow in a circulating motion around the axis of the drying chamber; This movement is combined with the movement in the axial direction, so that the air flows through the drying chamber along helical paths. The air-water vapor mixture is drawn off through a vent 11, which is arranged near the bottom and connected to a line 10, in which guide elements 12 sit, which - like the guide elements 9 - can be set in various angular positions in order to ensure effective powder discharge from the Ensure airflow.
The dried particles collect on the bottom 2 and from there they are removed through the openings 13 provided in the bottom with the aid of a rotating scraper 14.
The method is explained in more detail below by means of an example.
The amount of steam required for a given value of G means the total amount of heat to be expended, which includes both the heat required for evaporation and the heat that is lost in the form of losses, partly through the drying chamber walls and partly through the heat content of the drying air being extracted . This amount of heat is supplied by means of the introduced drying air.
Normally the temperature relationship will be given, since the temperatures will be selected with consideration of the given heating possibilities. Normal values are, for example, ti = about 1 GO C and tu = about 80 C. The temperature ratio in the formula is therefore equal to 1.
Assuming a given value of factor G, only the value of factor V needs to be determined. The smaller the drying chamber diameter is chosen, the greater the factor V, since the amount of air that is required to supply the amount of heat required to evaporate the amount of water G at the set temperature ratio is determined by the value of G. The drying chamber diameter must therefore be selected so that the numerical value of the formula reaches the specified value of at least 5.