DE2815828A1

DE2815828A1 - Konzentrations- und heissluft- trockneranlage

Info

Publication number: DE2815828A1
Application number: DE19782815828
Authority: DE
Inventors: Michel Masson
Original assignee: Cieeva-Dry; CIE EVA DRY; Alfa Laval SA
Current assignee: Cieeva-Dry; CIE EVA DRY; Alfa Laval SA
Priority date: 1977-04-13
Filing date: 1978-04-12
Publication date: 1978-10-26
Also published as: CA1087085A; FR2387427A1; FR2387427B1; NL7803949A; BR7802277A; JPS53134772A; GB1577707A; DK160578A

Description

Konzentrations- und Heißlufttrockneranlage

Die Erfindung betrifft eine Konzentrations- und Heißlufttrockneranlage nach dem Oberbegriff des Hauptanspruches.

In der Lebensmittelindustrie sowie der chemischen und pharmazeutischen Industrie sind Anlagen der oben definierten Art schon bekannt, hauptsächlich zur Herstellung pulverförmiger Produkte, wie etwa Milchpulver, wobei die Konzentrationseinheit und die Heißlufttrocknereinheit manchmal nebeneinander, jedoch vom EnergieStandpunkt aus unabhängig voneinander angeordnet sind. In der Regel wird die durch die Konzentrationseinheit behandelte Flüssigkeit nachfolgend durch die Heißlufttrocknereinheit behandelt, jedoch ist es auch möglich, eine oder mehrere andere Zwischenbehandlungen vorzusehen, die zwischen der Konzentrationsphase und der Trocknerphase vorgesehen sind. Die Konzentrationseinheit und die Heißlufttrocknereinheit können jedoch auch zur Bearbeitung anderer Produkte verwendet werden.

Zm allgemeinen wird der He 18 luftstrom* der as um Trocknen de· au

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behandelnden Produktes verwendet wird, dadurch erzeugt, daß Luft aus der äußeren Atmosphäre angesogen wird, wonach diese Luft auf eine genau definierte Temperatur durch Verwendung einer geeigneten Erhitzervorrichtung erhitzt wird, wobei die Temperatur von der Trocknungsmethode und von der spezifischen Natur des zu behandelnden Produktes abhängig ist. In diesem Falle hängt die zum Erhitzen der Luft notwendige Wärme von der Temperatur der äußeren atmosphärischen Luft ab. Diese Temperatur ändert sich jedoch je nach Jahres- und Tageszeit beträchtlich. Zusätzlich zu der Tatsache, daß der Wärmeverbrauch der Erhitzungsvorrichtung während der kalten Jahresund Tageszeiten relativ hoch sein kann, ist es auch notwendig, in die Erhitzungsvorrichtung ein Regelsystem einzubeziehen, das die Heizleistung in Abhängigkeit von der Temperatur der aus der Atmosphäre einströmenden Luft verändern kann, falls erwünscht ist, unter allen Umständen den Heißluftstrom, der zur Trocknereinheit geliefert wird, auf einer genau definierten Temperatur zu halten.

Hiernach ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Anlage, der oben skizzierten Art vorzusehen, bei der die Trocknereinheit mit Heizluft beliefert wird, die unabhängig von der Jahres- oder Tageszeit auf einer vorbestimmten Temperatur

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gehalten wird, wobei ein Wärmeverbrauch garantiert wird, der niedriger als der durchschnittliche Verbrauch ist, der gewöhnlich in konventionellen Anlagen dieser Art auftritt.

Es ist ein weiterer Teilaspekt der Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Anlage der vorher erklärten Art vorzusehen, bei der der Wärmeverbrauch der Heizanlage unabhängig der Jahres- und Tageszeit auf einem konstanten Niveau gehalten werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist die erfindungsgemäße Anlage gekennzeichnet durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Hauptanspruchs.

Gemäß einer spezifischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Dampfbahn des Wärmeaustauschers an den Auslaß der Heizdampfbahn der Konzentrationseinheit angeschlossen werden. Mit dieser Anordnung ist es somit möglich, auf vorteilhafte Weise wenigstens ein Teil der Wärme wiederzugewinnen, die sich in dem aus der Konzentrationseinheit herausströmenden Dampf (ungefähr 45° C) befindet, um so die Luft, die aus der äußeren Atmosphäre angesogen wird, mittels der Heizvorrichtung der Heißluftzufuhrbahn der Trocknereinheit auf eine vorbestimmte Temperatur vorzuerhitzen. Diese Wärme wurde zuvor gewöhnlieh im Kühler verbraucht oder ging einfach verloren. Demzufolge ist

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die Wärmemenge, die der Heizvorrichtung zum Erhitzen der äußeren Luft auf eine vorbestimmte Temperatur zugeführt wird, niederiger als die Wärmemenge, die bisher bekannte Anlagen dieser Art benötigen, so daß eine bemerkenswerte Wärmemenge gespart wird.

Da die Luftstörmung konstant ist und der Dampf, der an den Wärmeaustauscher geliefert wird, eine konstante Temperatur hat, kann die Wärmeaustauscheroberfläche zwischen der Luftbahn und der Dampfbahn des Wärmeaustauschers so bemessen sein, daß die Temperatur der vorgewärmten, durch den Wärmeaustauscher gelieferten Luft im wesentlichen konstant bleibt, wenn die Temperatur der Luft, die aus der äußeren Atmosphäre entnommen wird, infolge der Jahres- oder Tageszeiten variiert. Unter diesen Bedingungen kann auf den Temperaturregler, der bisher in Anlagen dieser Art notwendig war, verzichtet werden, da die Erhitzungsvorrichtung mit vorgewärmter Luft beliefert wird, die sich im wesentlichen auf konstanter Temperatur befindet.

Zusätzlich kann ersehen werden, daß die Dampfmenge, die möglicherweise in dem Kühler kondensiert wird, wesentlich verringert wird, da mindestens ein Teil des Dampfes, der aus der Konzentrationseinheit strömt, in dem Wärmeaustauscher kondensiert wird. Deshalb können die vorteilhaften Merkmale der Erfindung, wie sie eingangs erwähnt wurden, dahingehend

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vervollständigt werden, daß mit der erfindungsgemäßen Anlage der Verbrauch an kaltem Wasser im Kühler ebenfalls verringert werden kann. Da sowohl die Wärmemenge, die auf das Kühlwasser übertragen oder darin verteilt wird, und die erhitzte Kühlwassermenge, die in den Fluß zurückgeleitet wird, niedriger ist als dies bei den bisher beobachteten Anlagen der Fall war, stellt sich vom ökologischen Standpunkt aus ein weiterer Vorteil heraus, wenn das Wasser zum Kühlen des Kondensators aus dem Fluß herausgepumpt und nachfolgend in den gleichen Fluß zurückgeleitet wird.

Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnung im einzelnen beschrieben. Die Figur verdeutlicht schematisch eine Konzentrations- und Trockneranlage gemäß der Lehre der Erfindung.

Die Anlage, wie sie in der Zeichnung verdeutlicht wird, weist im wesentlichen eine Konzentrationseinheit 1 und eine Heißlufttrocknereinheit 2 auf, der Heißluft über eine Zufuhrbahn 3 zugeführt wird.

Die Konzentrationseinheit 1 kann eine oder mehrere Stufen aufweisen, z.B. zwei in Serie geschaltete Stufen, wie dies in der Figur gezeigt wird, in der 4a und 4b die Verdampfersäulen bezeichnen, die von der Art mit einem abwärts fließenden Film sind; 5a und 5b bezeichnen Zyklone zum Abtrennen der Tröpfchen

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der zu konzentrierenden Flüssigkeit aus dem Dampf, der aus den Verdampfersäulen 4a und 4b herausströmt.

Der Dampf des letzten Zyklons 5b wird über eine Leitung 6 zum wassergekühlten Kondensator 7 geleitet. Dieser Kondensator 7 kann von der Mischer- oder Oberflächenart sein. Konzentrationseinheiten der oben beschriebenen Art im Stand der Technik bekannt, und deshalb ist eine detaillierte Beschreibung nicht notwendig.

Die in der Zeichnung gezeigte Trocknereinheit ist insbesondere dazu vorgesehen, pulverförmige Produkte durch Zerstäuben einer Flüssigkeit in einem Heißluftstrom zu erzeugen. Hierbei kann die Trocknereinheit einfach einen zylindrischen und teilweise konischen Zerstäubungsbehälter 8 aufweisen, der einem Abscheiderzyklon 9 und einem Luftabzugsventilator 10 zugeordnet ist. Ein Zerstäuber 11, der in der Deckenwandung des Behälters 8 montiert ist, ist dazu eingerichtet, eine konzentrierte Flüssigkeit in dem Heißluftstrom, der über eine Zufuhrbahn 3 geliefert wird, zu ^pulverisieren. Diese Zufuhrbahn 3 weist einerseits ein motorgetriebenes Gebläse 12 auf, das geeignet ist, eine konstante Strömung atmosphärischer Luft durch einen Lufteinlaß 13 einzusaugen, der mit einem geeigneten Filter ausgerüstet ist, und andererseits Heizvorrichtungen 14 zum Erhitzen der eingesogenen Luft auf eine vorbestimmte Temperatur.

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Der Zerstäuber und die Heißlufttrocknereinheiten der oben erwähnten Art sind bekannt und demzufolge ist eine detaillierte Beschreibung ebenfalls unnötig.

Die erfindungsgemäße Anlage weist weiterhin einen Wärmeaustauscher 15 auf, etwa von der Art einer mit Rippen versehenen Batterie, wobei seine Luftbahn in der Zufuhrbahn 3 stromaufwärts von der Heizvorrichtung 14 angeordnet ist, beispielsweise zwischen dem Lufteinlaß 13 und dem motorangetriebenen Gebläse 12, wie in der Zeichnung gezeigt ist. Dieser Wärmeaustauscher 15 kann ebenso, falls erwünscht, zwischen dem motorgetriebenen Gebläse 12 und der Heizvorrichtung 14 angeordnet sein. Ein Teil des Dampfes, der aus dem letzten Zyklon 5b der Konzentrationseinheit 1 herausströmt, wird zu der Dampfbahn 15a des Wärmeaustauschers 15 über eine Leitung 16 gelenkt, die an die Leitung 6 stromaufwärts vom Kondensator 7 angeschlossen ist. Infolgedessen wird nun ein Teil des Dampfes, der zuvor in dem Kondensator 7 kondensiert worden ist, in dem Wärmeaustauscher 15 kondensiert, wobei seine gebundene Kondensationswärme auf die einströmende Luft übertragen wird, um sie vorzuerwärmen.

Vorzugsweise ist die Wärmeaustauscherfläche des Wärmeaustauschers 15 wegen der konstanten Luftströmung und auch wegen der konstanten Temperatur von über die Leitung 16 geliefertem Dampf so groß bemessen, daß die Temperatur der Luft, die aus

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dem Wärmeaustauscher 15 herausströmt, im wesentlichen konstant bleibt, wenn die Temperatur der dorthin gelieferten atmospärischen Luft gemäß der Jahres- und Tageszeiten schwankt.

Es sei beispielsweise angenommen, daß eine Anlage mit diesen Merkmalen für die Milchindustrie verwendet werden soll, beispielsweise bei der Herstellung von Milchpulver. In diesem Fall wird die Dampftemperatur am Auslaß des letztes Zyklons 5b der Konzentrationseinheit 1 ungefähr 45° C betragen. Unter diesen Bedingungen kann die Luft in dem Wärmeaustauscher 15 auf eine konstante Temperatur von ungefähr 35° C erhitzt werden. Demzufolge kann ein konstanter Dampfäquivalentverbrauch von weniger als 1,6 kg Dampf pro kg verdampften Wassers anstelle von 1,8 kg in konventionellen Anlagen garantiert werden, das heißt, daß der Wärmeenergieverbrauch ungefähr 10 bis 12 % unter dem durchschnittlichen Verbrauch liegt, der in konventionellen Anlagen im allgemeinen registriert wird.

Anstatt einen Teil des aus dem letzten Zyklon 5b der Konzentrationseinheit 1 strömenden Dampfes abzuleiten, kann Dampf aus einer dazwischen liegenden Stelle der Dampfbahn der Konzentrationseinheit 1 entnommen werden, z.B. aus dem Oberteil des letzten Verdampfungsturmes 4b, und zwar mittels einer Abzweigleitung 16', wie in gestrichelten Linien in der Zeichnung gezeigt wird. Die Wahl der Stelle, von der aus Dampf zur

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Belieferung des Wärmeaustauschers 15 abgezweigt wird, sollte einen Kompromiß darstellen zwischen einerseits der gewünschten Lufttemperatur am Aulaß des Wärmeaustauschers, die natürlich so hoch wie möglich sein sollte, und andererseits den Kosten des Dampfes bzw. dem Einfluß desselben auf den Wirkungsgrad der Konzentrationseinheit.

Es ist auch möglich, Dampf zum Wärmeaustauscher (15) sowohl durch die Leitungen 6 und 16 als auch durch die Leitungen 16' zu liefern. In diesem Fall kann der Wärmeaustauscher 15 entweder zwei separate Wärmeaustauscher, deren Luftbahnen in Reihe geschaltet sind, oder einen einzigen Wärmeaustauscher aufweisen, der mit zwei separaten Dampfbahnen versehen ist, die entlang dessen Luftbahn verteilt sind. Da die Temperatur des Dampfes, der über die Leitung '16' geliefert wird, höher ist als die Temperatur des Dampfes, der über die Leitung 16 geschickt wird, ist die Dampfbahn 15a des Wärmeaustauschers 15, die die erste Dampfbahn ist, die entlang der Luftbahn vorkommt, an die Leitung 16 angeschlossen, und die Dampfbahn 15b des Wärmeaustauschers 15, die die zweite in der Luftbahn darstellt, ist an die Leitung 16' angeschlossen.

Anstatt die Dampfbahn 15a des Wärmeaustauschers 15 von dem Kondensator 7 wie oben beschrieben abzuzweigen, kann die Dampfbahn 15a des Wärmetauschers 15 andererseits in Reihe zwischen

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dem Auslaß des letzten Zyklons 5b der Konzentrationseinheit 1 und dem Kondensator angeschlossen werden, wobei der letztere sich in einer Position befindet, wie sie in gestrichelten Linien bei 7" in der Figur gezeigt ist. Unter diesen Bedingungen wird der gesamte Dampf, der aus dem letzten Zylkon 5b austritt, dem Wärmeaustauscher 15 zugeleitet, wo der gesamte oder ein Teil des Dampfes kondensiert wird, wobei restlicher unkondensierter Dampf über eine andere Leitung 17 zu dem Kondensator 7' geleitet und darin kondensiert wird.

In der Regel ist die Luftströmung, die durch die Beschickungsbahn 3 und folglich in der Luftbahn des Wärmeaustauschers 15 erhalten wird, nicht ausreichend, um den gesamten Dampf, der aus dem letzten Zyklon 5b stammt, zu kondensieren, so daß in den meisten Fällen die Kondensatoren 7 oder 7' beibehalten werden müssen, jedoch können diese kleinere Dimensionen im Vergleich zu der Größe von Kondensatoren haben, wie sie in konventionellen Anlagen zur Kondensierung des nichtkondensierten Dampfes aus dem Wärmeaustauscher 15 verwendet werden. Andererseits kann die gleiche Beschickungsbahn 3 verwendet werden, jedoch zur Behandlung einer größeren Luftströmung, um heiße Luft zu verschiedenen Trocknereinheiten oder zu einer einzigen Trocknereinheit sowie zu einer Leitung zu liefern, die zur Warmluftbeheizung des Gebäudes vorgesehen ist, in der die Anlage errichtet ist. In diesem Falle kann die Luftströmung

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ausreichend sein zum Kondensieren des gesamten Dampfes, der aus dem letzten Zyklon 5b herausströmt, und der Kondensator 7 und 7' kann vollständig überflüssig sein.

Natürlich sollten die beschriebene spezifische Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anlage und die möglichen Veränderungen davon nicht dazu benutzt werden, den Umfang der Erfindung zu begrenzen, da diese Ausführungen nur zur Verdeutlichung und nicht zum Zwecke der Begrenzung angeführt worden ist, und viele Modifikationen und Veränderungen können durchgeführt werden, ohne die grundsätzlichen Prinzipien der Erfindung zu verlassen, wie sie in den beigefügten Ansprüchen umrissen sind. Obwohl die Beschreibung sich im besonderen auf die Trocknungseinheit bezieht, die geeignet ist, eine Flüssigkeit in einem Heißluftstrom zu zerstäuben, ist es ohne weiteres klar, daß diese Erfindung auch auf andere Arten von Heißlufttrocknereinheiten anwendbar ist, die nicht unbedingt nach dem Verfahren arbeiten, das darin besteht, das zu trocknende Produkt zu zerstäuben. Obwohl die Beschreibung sich ebenfalls auf eine Konzentrationseinheit mit einem Verdampferturm von der Art mit einem abwärts strömenden Film bezieht, ist es ebebso klar, daß diese Erfindung auf andere Anlagen mit anderen Arten von Konzentrationseinheiten anwendbar ist, vorausgesetzt, daß sie eine Heizdampfbahn aufweisen.

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Claims

ALFA-LAVAL S.A., 62-70, rue Yvan Tourgueneff F-78380 Bougival und CIE. EVA-DRY, 30, Avenue de l'Amiral Lemonnier F-78160 Marly-Le-Roi Patentansprüche

1.j Konzentrations- und Heißlufttrockneranlage mit einerseits einer Konzentrationseinheit, die eine Heizdampfbahn einschließt, deren Auslaß gegebenenfalls an einen Kondensator angeschlossen ist, und andererseits einer Heißlufttrocknerexnheit, an die Heißluft über eine Zufuhrbahn zugeführt wird, die Einrichtungen umfaßt zum Einsaugen der Luft aus der Atmospäre und zum Erhitzen der Luft aus der Atmosphäre auf eine vorbestimmte Temperatur, gekennzeichnet durch einen Wärmeaustauscher (15), der eine Luftbahn einschließt, die in Reihe in der Zuführbahn (3) angeordnet ist, wobei Luft zu der Trocknereinheit (2) stromaufwärts von der Erhitzungseinrichtung (14) zugeführt

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wird, und durch eine Dampfbahn (15a, 15b), die mit Dampf aus der Heizdampfbahn der Konzentrationseinheit (1) beliefert wird.

2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dampfbahn (15a) des Wärmeaustauschers (15) an den Auslaß (5b) der Heizdampfbahn der Konzentrationseinheit (1) angeschlossen ist.

3. Anlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dampfbahn (15a) des Wärmeaustauschers (15) von dem Kondensator (7) abgezweigt ist.

4. Anlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dampfbahn (.15a) des Wärmeaustauschers (15) in Reihe zwischen den Auslaß (5b) der Heizdampfbahn der Konzentrationseinheit (1) und den Kondensator (7¹) geschaltet ist.

5. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dampfbahn (15b) des Wärmeaustauschers (15) an eine Zwischenstelle der Heizdampfbahn der Konzentrationseinheit (1) angeschlossen ist.

6. Anlage nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeaustauscher (15) zwei Dampfbahnen (15a, 15b)

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aufweist, die entlang einer einzigen Luftbahn verteilt sind, und daß die Dampfbahn (15a) des Wärmeaustauschers (15), die die erste entlang der Luftbahn darstellt, an den Auslaß (5b) der Heizdampfbahn der Konzentrationseinheit (1) angeschlossen ist, und daß die Dampfbahn (15b) des Wärmeaustauschers (15), die die zweite entlang der Luftbahn darstellt, an eine Zwischenstelle der Heizdampfbahn der Konzentrationseinheit (1) angeschlossen ist.

7. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeaustauscher (15) von der Art einer mit Rippen versehenen Batterie ist.

8. Anlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeaustauscheroberfläche des Wärmeaustauschers (15) so dimensioniert ist, daß für eine gegebene Luftströmung und eine gegebene konstante Temperatur des der Dampfbahn (15a, 15b) des Austauschers zugeführten Dampfes die Temperatur der den Wärmeaustauscher verlassenden Luft im wesentlichen konstant bleibt, wenn die Temperatur der Luft, die dem Wärmeaustauscher zugeführt wird, variiert.

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