DE2644094A1

DE2644094A1 - Verfahren und vorrichtung zum trocknen von feuchtem, teilchenfoermigem material, z.b. zerkleinertem tabak

Info

Publication number: DE2644094A1
Application number: DE19762644094
Authority: DE
Inventors: Mauritz Leon Strydom
Original assignee: Tobacco Res & Dev
Current assignee: Tobacco Res & Dev
Priority date: 1975-10-02
Filing date: 1976-09-30
Publication date: 1977-04-14
Also published as: ZA756260B; FR2326153A1; GB1504647A; JPS5264056A; IT1070728B

Description

PATENTANWÄLTE

Dipl.-Ing. P. WIRTH · Dr. V. SCHMIED-KOWARZIK Dipl.-Ing. G. DANNENBERG · Dr. P. WEINHOLD ■ Dr. D. GUDEL

281134 6 FRANKFURT AM MAIN

TELEFON (0611)

287014 GR. ESCHENHEIMER STRASSE 39

28. September 1976
Da/f

Tobacco Research and Development Institute Limited

Verfahren und Vorrichtung zum Trocknen von feuchtem, teilchenförmigen! Material, z. B. zerkleinertem Tabak

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Trocknen von feuchtem, teilchenförmigen festen Material, wie etwa geschnittener Tabak.

Die Erfindung befaßt sich in erster Linie mit dem Trocknen von geschnittenem Tabak, aber kann auch auf das Trocknen von anderen Materialien mit Vorteil angewendet werden, bei denen mit konventionellen Trockensystemen die gleichen Nachteile wie bei geschnittenem Tabak auftreten.

Tabak wird normalerweise in rotierenden Trocknern des Typs mit direkt-indirekter Wärmeübertragung getrocknet, Der Ausdruck "direkt" wird verwendet, wenn Hitze den Festteilchen zugeführt oder von diesen abgezogen wird durch direkten Austausch zwischen strömendem Gas und Festteilchen, der Ausdruck "indirekt", wenn das Heizmedium von physikalischer Berührung mit den Festteilchen durch eine Metallwand oder ein Rohr getrennt ist.

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Die üblicherweise zum Trocknen von geschnittenem Tabak verwendeten Trockner können indirekt in dem Sinne sein, daß die Wände durch Gas oder Dampf beheizt werden (z.B. durch Dampfwicklungen an der inneren Oberfläche des Trockners und sich über seine Länge erstreckend) oder direkt in dem Sinn, daß heißes Gas, normalerweise heiße Luft, durch den Trockner
■ hindurchgeführt wird.

Die heiße Luft kann zum Trocknen des Tabaks in gleicher Richtung wie dieser fließen oder entgegengesetzt, wobei sie im
ersteren Fall am Einlaß des Trockners und im letzteren Fall an dessen Auslaß zugeführt wird.

Im Falle gleicher Strömungsrichtung besteht am Einlaß ein
großer Unterschied zwischen den Temperaturen des zugeführten geschnittenen Tabaks und der heißen Trockenluft. Als Folge
hiervon erhält der Tabak einen "Schock" und die Tendenz zum Schrumpfen, Brechen und Verhärten als Ergebnis der hohen Rate an Feuchtigkeitsübertragung von dem Tabak.

Diese Art von Trocknern hat jedoch den Vorteil, daß mit dem Vordringen des Tabaks und der Luft im Trockner der Temperaturunterschied abnimmt, wodurch sich eine stabilisierende Wirkung auf den Tabak ergibt.

Gemäß der Erfindung kennzeichnet sich ein Verfahren zum
Trocknen von feuchtem, teilchenförmigen! festem Material,
wie beispielsweise geschnittener Tabak, durch Förderung des Materials längs eines Weges,auf dem es mittrockenem heißem
Gas, das in gleicher Richtung wie das Material strömt, in Berührung gebracht wird, bis wenigstens Gleichgewicht zwischen dem Material und dem heißen Gas erreicht ist, dadurch daß
vor der Berührung zwischen dem Material und dem heißen Gas
das Material zum Herabsetzen der Neigung des Feuchtigkeitsgradienten zwischen dem Material und dem Gas vorbehandelt
wird.

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Je größer der Temperaturunterschied zwischen dem zugeführten Material und dem Gas ist, umso steiler ist die Neigung des Feuchtigkeitsgradienten, oder je niedriger der Feuchtigkeitsgehalt des Materials ist, umso steiler ist die Neigung des Feuchtigkeitsgradienten. Im Ergebnis könnte man die Neigung durch Vermindern des Temperaturunterschieds oder durch künstliche Befeuchtung des ankommenden bzw. zugeführten Materials einstellen. Das erstere wird bevorzugt, weil künstliches Befeuchten den Energiebedarf des Trockensystems erhöht.

Daher wird gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung das Material durch Erhöhen seiner Temperatur mittels indirekter Wärmeübertragung zwischen dem Material und einer geheizten Oberfläche vorbehandelt, so daß, wenn das Material mit dem heißen Gas in Berührung kommt, es bereits eine Temperatur hat, die der des Gases näherkommt.

Die Erfindung sieht auch vor, daß die Berührung zwischen dem Material und dem heißen Gas noch nach Erreichen des Feuchtigkeitsgleichgewichts fortgesetzt wird, um das Material zu stabilisieren.

Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert, welche schematisch d.n erfindungsgemäßes System zum Trocknen von geschnittenem Tabak darstellt.

In der Zeichnung ist ein System zum Trocknen von geschnittenem Tabak mittels eines rotierenden direkt-indirekten Trockners 4 gezeigt. Der Trockner 4 ist um seine innere Oberfläche' herum mit (nicht gezeigten) Dampfrohren für indirekte Erwärmung der Tabakbeschickung versehen. Der Trockner 4 hat an seinem einen Ende einen Einlaß 6 für feuchten Tabak und an seinem anderen Ende einen Auslaß 8 für getrockneten Tabak und einen Auslaß 10 für Heißluft, die in gleicher Richtung wie der Tabak zugeführt wird. Ein Einlaß 12 für die heiße Luft er-

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streckt sich in vorbestimmtem Abstand von dem Tabakeinlaß 6 in den Trockner 4 hinein.

Nahe dem Tabakeinlaß 6 ist ein Förderer 11 zum Abwiegen des Tabaks und ein Feuchtigkeitsmesser 14 an einem vibrierenden Förderer 15 angeordnet, von dem aus der Tabak dem Trockner 4 zugeführt wird. Die Förderrate des Tabaks zum Trockner 4 wird gesteuert gemäß dem Produkt Feuchtigkeitsgehalt, festgestellt durch den Feuchtigkeitsmesser 14, und dem Gewicht am Förderer 11, über Einspeisung an ein Steuersystem.

Am Luftauslaß 10 befindet sich ein Meßgerät 16 für die Temperatur in Wirkverbindung mit einem Steuergerät 18 für das Volumen, das am Lüfteinlaß 12 angebracht ist. Das Steuergerät 18 dient der Einstellung der Förderrate an heißer Luft durch den Einlaß 12 £um Trockner 4 in Abhängigkeit von der Temperatur der Luft am Auslaß 16, indem mehr oder weniger atmosphärische' Luft mit der erhitzten Luft gemischt wird.

Das Trockensystem arbeitet folgendermaßen: Dem Trockner 4 über den Einlaß 6 zugeführter Tabak kommt zunächst in Berührung mit den dampfbeheizten Wänden des Trockners 4 in einer Zone A und wird lediglich durch indirekte Beheizung erwärmt, während der Tabak sich längs des Trockners 4 bewegt, bis er die Stelle erreicht, wo am Einlaß 12 die heiße Luft zugeführt wird. Beim Erreichen dieser Stelle wird der Tabak von der heißen Luft direkt erwärmt, zusätzlich zu der indirekten Erwärmung, und Massenübertragung von Feuchtigkeit vom Tabak zu der heißen trockenen Luft beginnt in der Zone B.

Die relative Feuchtigkeit der Luft steigt allmählich an* während diese sich durch den Trockner 4 hindurch bewegt, während der Feuchtigkeitsgehalt des Tabaks abnimmt.

Die Dimensionen und Betriebsvariablen des Trockners 4 und die Trockenbedingungen sind so gewählt, daß vor Erreichen des Endes des Trockners 4 der Tabak ein Gleichgewicht an Feuchtigkeitsgehalt mit der Luft' entsprechend einem vorbestimmten Wert

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erreicht. Der Tabak tritt dann in eine dritte Zone des Trockners 4, die mit C bezeichnet ist, ein, in welcher keine weitere Trocknung stattfindet und in der die relative Feuchtigkeit der Luft über dem Tabak im wesentlichen konstant bleibt.

Die Anordnung einer solchen Zone C ist von Vorteil für die Stabilisierung des τα..behandelnden Tabaks.

Zwecks Steuerung der Arbeitsweise des Trockners 4 gibt die Differenz der relativen Feuchtigkeit zwischen den Einlaß- und Auslaßströmen der Luft ein gutes Maß für die Trocknerfunktion. Da weiter die zugeführte Luft im wesentlichen trocken und von erhöhter Temperatur ist, kann ihre relative Feuchtigkeit für alle praktischen Zwecke als Null angenommen werden. .

Infolgedessen ergibt die relative Feuchtigkeit am Luftauslaß allein eine geeignete Steuervariable, und da die relative Feuchtigkeit der Luft anfänglich Null war, ist ihre Temperatur, wenn sie erst die Stabilisierungszone C erreicht hat, eine Funktion ihrer relativen Feuchtigkeit. Als weitere Folge ergibt die Temperatur am Luftauslaß damit ein geeignetes Signal für rasches Ansprechen des Steuersystems, welches das Meßgerät 16 für die Temperatur mit dem Steuergerät 18 für das Volumen bzw. die Luftrate koppelt.

Das System bzw. die Vorrichtung -nach der Erfindung hat damit alle Vorteile und keinen der Nachteile der bisher üblichen für diesen Zweck vorgesehenen Systeme.

Der "Schock" für den frisch zugeführten Tabak wird durch die Vorheizzone A herabgesetzt, der trockne Tabak wird in der Stabiliserungs-Zone C stabilisiert, und dank der Stabilisie-".

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rungszone kann ein rasch ansprechendes Steuersystem vorgesehen werden.

Bei einem System, bzw. einem Verfahren und einer Vorrichtung gemäß der oben gezeigten und.beschriebenen Erfindung ist es wichtig, einige Parameter konstant zu halten, um einige andere bei sich ändernden Bedingungen einzustellen. Einer der Parameter, der konstant gehalten werden sollte, ist die absolute Feuchtigkeitsmenge, die dem Trockner 4 zugeführt wird. Wenn man das Gewicht des zugeführten Tabaks kennt und seinen Feuchtigkeitsgehalt, kann man ohne weiteres feststellen, wieviel Wasser durch den Trockner hindurchgeführt wird.

Das Meßgerät 14 stellt den Feuchtigkeitsgehalt des Tabaks fest, und der Förderer 11 kann Tabak mit jeder gewünschten Zuführrate fördern. Die letzter Rate wird so eingestellt, daß je Zeiteinheit die gleiche Menge an Wasser in den Trockner 4 eingeführt wird.

Natürlich muß, wenn große Schwankungen im Feuchtigkeitsgehalt auftreten, eine Einstellung vorgenommen werden, um zu gewährleisten, daß der Tabak schließlich den Trockner mit dem gewünschten Feuchtigkeitsgehalt verläßt. Normalerweise hat der zugeführte Tabak jedoch einen Feuchtigkeitsgehalt, der nicht innerhalb sehr weiter Grenzen schwankt, so daß im allgemeinen nur darauf geachtet zu werden braucht, daß die gleiche Wassermenge pro Zeiteinheit in den Trockner gelangt.

Die endgültige Einstellung erfolgt durch Einstellen des Luftgemischs in Abhängigkeit von der Temperaturangabe des Meßfühlers bzw. Meßgeräts 16.

Der geschnittene Tabak gelangt in den Bereich A mit einer der Umgebungstemperatur entsprechenden Temperatur von beispielsweise 2O⁰C und einem Feuchtigkeitsgehalt von - 21 %. Die Wände des Trockners 4 werden mit Dampf von 120⁰C beheizt.

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Durch indirekte Heizung wird die Temperatur des Tabaks auf beispielsweise 50 C gebracht. Im Bereich A bestehen im wesntliche ruhige Luftbedingungen, weil die Saugwirkung am Auslaß 10 zu diesem Zweck in der üblichen Weise eingestellt ist. Vom Start abgesehen, findet nicht viel Verdampfung von Feuchtigkeit aus dem Tabak statt.

Beim Eintritt in den Bereich B kommt der Tabak in Berührung mit der trockenen heißen Luft mit einer Temperatur von etwa 65⁰C. Gleichzeitig findet jedoch noch indirekter Wärmeaustausch zwischen der Wand des Zylinders 4 und dem Tabak statt. Wichtig ist, daß der Tabak in den Bereich B mit einer wesentjj.ch höheren Temperatur als der der Umgebung von beispielsweise 50⁰C^ eintritt, im Gegensatz zu üblichen Trocknern, wo der Tabak nur die Temperatur der Umgebung hat.

Im Bereich B erreicht der Tabak das Feuchtigkeitsgleichgewicht mit der heißen Luft und sein Feuchtigkeitsgehalt fällt auf + 14 % ab, wobei dieser Gleichgewichtszustand über den Bereich C beibehalten wird.

Normalerweise verläßt heiße feuchte Luft den Bereich C bei einer Temperatur von noch etwa 65°C. Wenn diese Temperatur abnimmt, bedeutet das, daß "aus dem Tabak zuviel Feuchtigkeit verdampft wurde. Durch Steigern der Strömungsrate von heißer Luft kann dieser Nachteil behoben werden. Wenn die Temperatur ansteigt, so bedeutet dies, daß zu wenig Feuchtigkeit verdampft wurde, und in diesem Fall wird die Luftzufuhr vermindert. Beides geschieht automatisch durch die in der Zeichnung gezeigte Vorrichtung.

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Claims

28. September 1976 Tobacco Research and Development Da/f Institute Limited

Ansprüche

Al. Werf ahren zum Trocknen von feuchtem, aus Einzelteilchen,

\ /wie beispielsweise geschnittener Tabak, bestehendem festen

Material durch Fördern dieses Materials längs eines Weges, auf dem es mit einem trockenen heißen Gas, das in gleicher Richtung wie dieses Material wenigstens so lange in Berührung gebracht wird, bis Gleichgewicht zwischen diesem Material und dem heißen Gas erreicht ist, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Berührung zwischen dem Material und dem heißen Gas das Material zur Herabsetzung der Neigung des Feuchtigkeitsgradienten zwischen dem Material und dem Gas vorbehandelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß das Material durch.Erhöhung seiner Temperatur durch indirekte Wärmeübertragung zwischen dem Material und einer erhitzten Oberfläche vorbehandelt wird, so daß das Material, wenn es mit dem heißen Gas in Berührung tritt, eine näher zu der des Gases hin liegende Temperatur aufweist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2,

d a du r c h gekennzeichnet, daß die Berührung zwischen dem Material und dem heißen Gas fortgesetzt wird, nachdem Gleichgewicht erreicht wurde, um das Material zu stabilisieren.
4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abweichung der Temperatur des Gases von einem vorbestimmten Wert am Ende des Verfahrens festgestellt wird,

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und daß der Zustrom des heißen Gases in den Förderweg so eingestellt wird, daß die Temperatur im wesentlichen auf dem vorbestimmten Wert gehalten wird.
5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Feuchtigkeitsgehalts des Materials zu Beginn des Verfahrens festgestellt und die Zufuhr von Material entsprechend dem Feuchtigkeitsgehalt so geregelt wird, daß die Zufuhrrate ansteigt, wenn der festgestellte anfängliche Feuchtigkeitsgehalt abnimmt.
6. Trockenvorrichtung mit einem Strömungsweg,längs dessen teilchenförmiges festes Material gefördert werden kann, mit einer Einrichtung zum Fördern des Materials längs.. dieses Strömungsweges, und einer Einrichtung, durch die das Material mit einem in gleicher Richtung wie das Material längs des Strömungsweges strömendem heißen trocknen Gas in Berührung gebracht werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (12) zum Einführen von heißem trocknen Gas zu dem Strömungsweg (A,B,C) zwischen dessen Enden vorgesehen ist und eine Einrichtung (4), durch die indirekte Wärme auf das Material w*»igstens längs eines Teilwegs (A) übertragbar ist, der der Einrichtung (12) vorangeht.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungsweg das ^nnere eines Trockenzylinders (4) ist, dessen innere Oberfläche geheizt ist, so daß längs des Zylinders vordringendes Material von der geheizten Oberfläche erhitzt wird, und in welchem. Zylinder eine Heißluftleitung in den Zylinder (4) an einer Stelle (bei 12) mündet, die zwischen den Einlaß- und Auslaßenden liegt, und mit einer Strömungsrichtung, die mit der Durchgangsrichtung des Materials im Zylinder übereinstimmt«

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8. Vorrichtung nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (11) zum Zuführen von Material zum Zylinder (4) mit variabler Rate vorgesehen ist, ferner eine Einrichtung (14) zum Feststellen des Feuchtigkeitsgehalts des Materials und eine Einrichtung zum Ändern der Zuführrate in Abhängigkeit vom Feuchtigkeitsgehalt des Materials.

9, Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (18) zum Ändern der Strömungsrate der dem Strömungs^eg zugeführten heißen Luft vorgesehen ist, ferner eine Einrichtung (16) zum Feststellen von Temperaturabweichungen der heißen Luft von einem vorbestimmten w4rt und eine Einrichtung zum Steuern der Einrichtung (18), um die Temperatur konstant zu halten.

Dannenberg

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