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Dokumentenidentifikation DE69910472T2 01.07.2004
EP-Veröffentlichungsnummer 0000940644
Titel Fliessbett-Trockeneinheit, insbesondere zum Trocknen von Tabak
Anmelder Garbuio S.p.A., Treviso, IT
Erfinder Favaro, Mansueto, 31100 Treviso, IT
Vertreter Patentanwälte Ruff, Wilhelm, Beier, Dauster & Partner, 70174 Stuttgart
DE-Aktenzeichen 69910472
Vertragsstaaten AT, BE, CH, CY, DE, DK, ES, FI, FR, GB, GR, IE, IT, LI, LU, MC, NL, PT, SE
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 01.03.1999
EP-Aktenzeichen 991028341
EP-Offenlegungsdatum 08.09.1999
EP date of grant 20.08.2003
Veröffentlichungstag im Patentblatt 01.07.2004
IPC-Hauptklasse F26B 3/08
IPC-Nebenklasse A24B 3/04   A24B 3/02   

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Fließbett-Trockeneinheit, bevorzugt, aber nicht ausschließlich zur Verwendung im Bereich der Tabaktrocknung.

Es ist bekannt, dass das Trocknen die Steuerung aller der verschiedenen Parameter erfordert, die bei dieser Art von Prozess beteiligt sind. Insbesondere die Durchsatzrate oder Strömungsrate des Produkts durch die Trockenkammer muss einstellbar sein, um das Produkt über die erforderliche Zeit zur vollständigen Trocknung darin zu halten.

Außerdem ist es notwendig, durch den Prozess erzeugte Feuchtigkeit zu entfernen und die Temperatur und relative Feuchte des verwendeten Trocknungsfluids zu steuern.

Es sind für diesen Zweck im Fachbereich einige Arten von Trocknungseinheiten bekannt, die verschiedene Techniken anwenden. Beispielsweise sind Konvektionstrocknungseinheiten im Handel erhältlich, bei denen das Trocknen mittels Wärmeaustausch eines Fluids erfolgt, das durch das zu trocknende Produkt hindurchtritt, während Beförderung durch ein mechanisches Mittel (beispielsweise bewegliche Förderer vom Typ mit Band oder perforierten Streifen oder Vibrationsförderer) erfolgt.

Andere herkömmliche Arten von Trocknungseinheiten sind jene, die kombinierte Konduktion/Konvektion anwenden, beispielsweise im Inneren von rotierenden Zylindern oder Schraubenförderern, bei denen das Trocknen durch den Kontakt des Produkts gegen eine warme Oberfläche des Fördermittels (beispielsweise warme Wände des Fördermittels) erfolgt und durch Konvektion mittels eines Fluids, das am Produkt vorbeiströmt und die beim Prozess erzeugte Feuchtigkeit entfernt.

Schließlich sind sogenannte Fließbett-Trocknungseinheiten bekannt, deren Merkmal ist, dass sie nur das Trocknungsfluid sowohl für das Trocknen wie für die Förderung verwenden. In diesem Fall fließt das Trocknungsfluid über und durch das Produkt, wobei es erwärmt wird, und gleichzeitig zum Auslass der Trockenkammer befördert wird.

Es wird eine Unterscheidung zwischen Fließbett-Trocknungseinheiten mit einer relativen Geschwindigkeit Fluid/Produkt von null (d. h. das Fluid befördert das Produkt bei einer Geschwindigkeit, mit der das Fluid selbst wandert) und Fließbett-Trocknungseinheiten mit einer Fluid/Produkt-Geschwindigkeit ungleich null (d. h. das Produkt wird veranlasst, während des Trocknens durch das Fluid zu schweben und im anschließenden Schritt befördert das Fluid das Produkt zum Auslass mit Fluid/Produkt-Geschwindigkeit von null).

Diese handelsüblichen Vorrichtungen leiden an zahlreichen Nachteilen. Insbesondere im Falle der Trocknungseinheiten mit Null-Geschwindigkeit, muss die Länge der Trocknungskammer groß genug sein, um eine ausreichende Verweilzeit des Produkts zur vollständigen Trocknung zu ermöglichen. Dies führt zu beträchtlichen Abmessungen, die als solche sehr hohe Kosten verursachen und die Möglichkeit zur Steuerung der verschiedenen Schritte des Prozesses reduzieren. Diese Probleme können im Falle eines Softtrocknungsverfahrens, bei dem die notwendige Länge fast unpraktikabel wird, besonders stark zu spüren sein.

Ein anderer Nachteil dieser herkömmlichen Trocknungseinheiten betrifft die Verteilung des Produkts im Inneren der Trocknungskammer. Wenn die Wandergeschwindigkeit des Produkts konstant durch die Geschwindigkeit des Fluids bestimmt wird, kann eine schlechte Ausgangsverteilung des Produkts während des Prozesses nicht korrigiert werden, was folglich die Gleichmäßigkeit und Qualität des Trocknungsvorgangs einschränkt.

Noch ein anderer Nachteil der bestehenden Trocknungseinheiten ist, dass ihre Trocknungskammern auch ziemlich beträchtliche Höhenausdehnungen aufweisen müssen, um eine homogene Verteilung des Produkts im Fluid vorzusehen. Dies trägt auch zu einer Erhöhung des Umfangs der nun verfügbaren Einheiten bei.

Außerdem können im Falle des Trocknens mit einer Fluid/Produkt-Geschwindigkeit ungleich Null Teile mit einer unterschiedlichen Masse oder Oberfläche während des Trocknens unterschiedlich schweben. Dies zieht eine Abhängigkeit zwischen der Masse/Oberfläche des Produkts und der Verweilzeit nach sich.

Das Resultat ist eine schwierige Einstellung der Trocknungszeiten und der Temperatur des Fluids, mit entsprechenden technischen Problemen bei der Verteilung der Temperatur im Inneren der Trocknungskammer.

Es ist bekannt, dass diese Art von Trocknung nicht für die Schnelltrocknung geeignet ist, für die eine Einstellung der Flotation und der Temperatur noch schwieriger ist.

FR-A-2 508 152 offenbart eine Fließbett-Trockeneinheit wie sie im Oberbegriff von Anspruch 1 angegeben ist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, die obigen Nachteile zu lösen, indem eine Vorrichtung zur Verfügung gestellt wird, die Flotationsbedingungen des zu trocknenden Produkts gewährleistet, und bei der gleichzeitig das Produkt entlang seines Weges durch die Trocknungskammer befördert werden kann, ungeachtet der Geschwindigkeit des verwendeten Trocknungsfluids.

Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist, ein Gerät zur Verfügung zu stellen, das kompakt ist und dessen Betriebszyklus wirtschaftlich zufriedenstellend ist.

Noch weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist, einen Trocknungsprozess zur Verfügung zu stellen, der unter dem Gesichtspunkt des Wärmeaustauschs zwischen dem Trocknungsfluid und dem Produkt effizient ist.

Diese Aufgabe, diese Ziele und andere werden durch eine Fließbett-Trockeneinheit erfüllt, wie sie in Anspruch 1 definiert ist. Die obige Aufgabe und die Ziele werden auch durch ein Verfahren erfüllt, wie es in Anspruch 8 beansprucht ist.

Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung einiger Ausführungsformen ersichtlich, die nur als nicht einschränkendes Beispiel gegeben werden und in den schematischen Zeichnungen dargestellt sind, worin:

1 eine schematische Ansicht eines Diagramms eines Geräts gemäß der Erfindung ist;

2 eine Seitenansicht des Geräts gemäß der Erfindung ist;

3 eine Endansicht des Geräts gemäß der Erfindung ist;

4 eine Querschnittsansicht einer weiteren Ausführungsform des Geräts gemäß der Erfindung ist.

Mit Bezug zu den obigen Figuren bezeichnet 1 eine Fließbett-Trockeneinheit mit einer Fluid/Produkt-Geschwindigkeit ungleich null, die gebildet ist aus einer Trocknungskammer 2 versehen mit einem seitlichen Einlass 3 zum Einladen des Produkts, das dem Verfahren unterzogen werden soll, und mit einem Auslass 4, der an der gegenüberliegenden Seite der Trocknungskammer 2 liegt, wobei beide zweckmäßig gestaltet sind und zum Beispiel mit einer Rotationsluftschleuse versehen sind.

Die Trocknungskammer 2 ist so gestaltet, dass sie einen vertikalen Querschnitt 5 im Wesentlichen in Dreiecksform aufweist, der nach oben auseinander läuft, was eine Fluidgeschwindigkeit erzeugt, die in Funktion des variablen Durchtrittsbereichs variieren kann.

Die horizontale Ansicht der Kammer zeigt, dass die Kammer eine im Wesentlichen rohrförmige Längsform 6 aufweist und an ihrer Unterseite Öffnungen 7 umfasst, die mit Fluidinjektionsmitteln versehen sind, die mit Rohren zum Zuführen von Trocknungsfluid in Verbindung stehen, während an der Oberseite Ausläße 8 vorgesehen sind, die mit den Rohren zum Abführen des Trocknungsfluids in Verbindung stehen, wie es schematisch in 1 gezeigt ist.

Der Divergenzgrad des vertikalen dreieckigen Querschnitts der Trocknungskammer wird zweckmäßig gewählt, um die Vortexkomponenten der Fluidbewegung zu minimieren und die vertikalen Abmessungen des Gerätes zu beschränken.

Die Trocknungskammer ist entlang einer Längsachse l angeordnet, die um einen Winkel &agr; in Bezug auf die horizontale Achse geneigt ist, die mit h bezeichnet ist.

Es können ferner Vorrichtungen 9 vorgesehen sein, um die Strömungsgeschwindigkeit des Trocknungsfluids an den Rohren zum Zuführen des Fluids in die Trocknungskammer einzustellen, so dass es möglich ist, die Strömungsrate des Einlaufs des Trocknungsfluids gemäß den Erfordernissen einzustellen.

Der Trocknungsprozess, der gemäß der vorliegenden Erfindung in der Trockeneinheit erfolgt, ist wie folgt.

Um eine Förderwirkung auszuüben, muss das Trocknungs/Treibfluid den Produktpartikeln eine kleine horizontale Kraftkomponente in Richtung der Produktströmung aufgeben. Weit auseinander laufende Seitenwände ergeben eine schnelle Geschwindigkeitsreduktion, derart, dass die Fluidströmung die Produktpartikel nicht mehr tragen kann, die dann nach unten schweben in einen Bereich, der genug Strömungsgeschwindigkeit aufweist, um die Produktpartikel wieder hoch zu heben. Praktisch scheint es, dass das Produkt dazu neigt, in der Kammer auf einer Höhe zu schweben, die der Geschwindigkeit des Fluids entspricht, bei der für ein bestimmtes Produkt, ein Gleichgewicht zwischen dem Hub und der Schwerkraft erreicht ist. Deshalb schweben die Produktpartikel in einer Ebene, im Wesentlichen senkrecht zur Richtung der Fluidströmung.

Das zu trocknende Produkt wird durch den geeignet vorgesehenen seitlichen Einlass 3 in die Trocknungskammer 2 eingeführt und wird in den Strom des Trocknungsfluids gezogen.

Der Fluidstrom fließt nach oben und wie genannt. Da der vertikale Querschnitt 5 der Kammer in Dreiecksform nach oben auseinanderlaufende Seitenwände 12 aufweist, ist die Geschwindigkeit des Fluids im unteren Teil der Trocknungskammer höher und im oberen Teil niedriger. Außerdem ist, bedingt durch die horizontale Neigung &agr; in Bezug auf die Achse h der Kammer, die Richtung der Geschwindigkeit des Trocknungsfluidstroms aus der Vertikalen geneigt, während sie in Bezug auf die Achse des horizontalen Querschnitts der Kammer im Wesentlichen senkrecht bleibt.

Die vertikale Erstreckung des Querschnitts der Kammer ist derart, dass ein Bereich von Geschwindigkeiten des Fluids zwischen einem Minimalwert und einem Maximalwert erzeugt wird, um die Flotation aller Produktpartikel zu erzeugen, selbst wenn diese ungleichmäßige Dichten oder Oberflächen aufweisen. Auf diese Weise wird vermieden, dass in einem oberen Bereich (wo die Fluidgeschwindigkeit geringer ist) nur leichte Partikel aufgenommen werden und schwere Partikel in den unteren Bereich fallen (wo die Fluidgeschwindigkeit höher ist).

Dementsprechend tendiert das Produkt zum Absetzen in einer Flotationsposition, die einer lokalen Geschwindigkeit des Fluids entspricht, die gleich der Geschwindigkeit ist, die ein Gleichgewicht zwischen der Luftstromunterstützung und der Schwerkraft ist.

Das Fluid strömt daher um das Produkt, was diesem die Energie aufbringt, die erforderlich ist, um eine Trocknung durchzuführen, und gleichzeitig wird die erzeugte Feuchtigkeit entfernt und das Produkt bleibt in einem relativen Schwebezustand.

An diesem Punkt erfolgt die Beförderung des Produkts entlang der Trocknungskammer 2 durch die Wirkung der Neigung &agr; der Kammer, was verhindert, dass die Partikel statisch auf einem festen Niveau in der Kammer schweben. Die Partikel folgen stattdessen der geneigten Bewegungsrichtung des Fluids im Aufstiegsschritt und weichen beim Abstiegsschritt von dieser Richtung ab. In diesem Abstiegsschritt bewirkt indessen die Schwerkraft, dass sie einem vertikalen Abstiegsweg folgen.

Die genannte Neigung der Kammer um einen Winkel &agr; und auch die Aufwärtsbewegungsrichtung des Fluids in Bezug auf die Vertikale, bestimmen dementsprechend einen Vorschubgrad (Ganghöhe) des Produkts für jede vollständige Oszillation zwischen dem maximalen und minimalen Geschwindigkeitspunkt. Der Winkel &agr; kann im Bereich von 3°–15° gewählt sein, was eine geeignete Variation der Trocknungsprozessdauer gewährleistet.

Dementsprechend wird auf diese Weise ein „Sägezahn"-Bewegungszustand, typisch für eine mechanisch betätigte stoßende oder vibrierende Fördereinrichtung, in einem Fließbett-Fördersystem reproduziert.

Das Ausmaß der Oszillationen in vertikaler Richtung kann unter Verwendung herkömmlicher Vorrichtungen 9 zum Einstellen der Strömungsrate des Fluids gesteuert werden.

In diesem Fall wird das Produkt in die Trocknungskammer 2 bei der Maximalströmungsratenphase des Fluids eingeführt und deshalb erzeugt der anschließende vertikale Fall entlang der Vertikalen, bedingt durch die Schwerkraft, eine Oszillation, deren Ausmaß und Frequenz derart sind, dass möglichst eine sehr hohe horizontale Fördergeschwindigkeitskomponente erzeugt wird, die in jedem Fall gemäß der Erfordernisse eingestellt werden kann.

Am Ende dieses Prozesses verlässt das derart getrocknete Produkt die Trocknungskammer durch den Auslass, der seitlich vorgesehen ist.

Das oben beschriebene Gerät kann zahlreiche konstruktive Modifikationen und Variationen erfahren, die alle im Rahmen der Ansprüche liegen.

Sollte die oben beschriebene Produktbewegung (hervorgerufen durch den Effekt der reinen Neigungskonfiguration der Wände) als ungenügend angesehen werden, können Fluidströmungen mit spezifisch gesteuerten Profilen vorgesehen werden. Ein geeignet geformtes Fluidzwangsströmungsprofil (zum Beispiel Sinusoszillation oder andere), zur Verstärkung der Sägezahnbewegung der Produktpartikel kann dann durch einstellbare Fluidströmungssteuervorrichtungen 9, die mit geeigneten Strömungssteuermitteln ausgerüstet sind, in der Kammer 2 vorgesehen werden.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung besteht die Kammer aus einer Basis 10, durch die das Trocknungs- und Flotationsfluid, im Wesentlichen im rechten Winkel, aus der Basis 10 austritt. Um zu gewährleisten, dass die zu trocknenden Partikel richtig angehoben und getrennt werden, ist eine untere Zone 11 mit geneigten Seiten 12, mit einem relativ kleinen Divergenzwinkel in Bezug auf die Vertikale versehen. Typisch, aber nicht notwendigerweise, können die Seitenwinkel &bgr; im Bereich von 7–15 Grad liegen. Dies gewährleistet, dass in der unteren Zone 11 der Geschwindigkeitseffekt des Trocknungs- und Flotationsfluids fächerartig den Strom der Produktpartikel öffnet und sie trennt, speziell, wenn sie miteinander verwunden sind (z. B. geschnittene Tabakblätter).

Um die Höhe der Partikelverteilung zu begrenzen, wird die Neigung der auseinander laufenden Seiten 12 weiter erhöht, sobald der Partikelstrom sich geöffnet hat und die Partikel getrennt sind. Dementsprechend können in der oberen Zone 13, typischerweise, aber nicht notwendigerweise, die Seitenwinkel &ggr; im Bereich von 15–30 Grad liegen. Der weitere Divergenzwinkel hilft auch, die Gesamthöhe der Maschine zu begrenzen.

Ansonsten erfolgt der Prozess wie oben angegeben.

Die Vorteile einer Fließbett-Trockeneinheit gemäß der vorliegenden Erfindung im Vergleich zum Stand der Technik sind deshalb leicht ersichtlich.

Insbesondere weist die erfindungsgemäße Einheit eine kompaktere Konstruktion auf und ist deshalb wirtschaftlich vorteilhaft, während ihre Trocknungsgleichmäßigkeit und -effizienz beträchtlich sind.

Das Produkt kann zwischen dem Aufgabepunkt und dem Ausgabepunkt durch das Trocknungsfluid befördert werden, mit einer Geschwindigkeit, die von der Fluidgeschwindigkeit unabhängig ist, stattdessen von der Neigung des Stroms abhängt.

Schließlich ermöglicht die Oszillationsbewegung, dass der Prozess selbst bei Produkten mit unterschiedlichen Partikeldichten oder Partikeloberflächen gleichmäßig ist.

Es versteht sich, dass der Ausdruck „Partikel" sich nicht notwendigerweise nur auf ein kleines, winziges Stück bezieht, sondern auch auf größere Stücke, wie Tabakstücke in allen ihren möglichen unterschiedlichen Formen (wie geschnittener Tabak, Tabakstreifen, Tabakstengel, gestreckter Tabak und so weiter).

Die Materialien und die Abmessungen der Ausführungsformen können gemäß der Erfordernisse verschieden sein.

Wo in irgendeinem Anspruch genannte technische Merkmale von Bezugszeichen gefolgt sind, wurden diese Bezugszeichen nur zum Zweck der besseren Verständlichkeit der Ansprüche eingefügt und dementsprechend besitzen solche Bezugszeichen keinerlei einschränkende Wirkung auf die Interpretation eines Elements, das als Beispiel durch solche Bezugszeichen identifiziert ist.


Anspruch[de]
  1. Fließbett-Trockeneinheit umfassend eine Kammer (2) zum Trocknen eines zu trocknenden, Produkts, wobei die Kammer (2) einen Einlass (3) zum Einladen des Produkts und einen Auslass (4) zum Ausladen des Produkts aufweist und mit Öffnungen (7, 8) für den Durchtritt eines Trocknungsfluids versehen ist, wobei die Trocknungskammer (2) eine Rohrform (6) aufweist, die sich entlang einer Längsachse (l) erstreckt, und im vertikalen Querschnitt eine Dreiecksform (5), wobei die Längsachse (l) in Bezug auf die Horizontalachse (h) geneigt ist, wobei Mittel (9) vorgesehen sind, um ein Trocknungsfluid im rechten Winkel zur Längsachse (l) zu injizieren, dadurch gekennzeichnet, dass die Injektionsmittel geeignet sind, das Produkt im Inneren der Trocknungskammer schwebend zu halten, in einer Höhe, die der Geschwindigkeit des Fluids entspricht, bei der für das genannte Produkt ein Gleichgewicht zwischen dem Hub durch den Schub in Richtung des Trocknungsfluids und der Schwerkraft erreicht ist.
  2. Fließbett-Trockeneinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsachse (l) der Trocknungskammer (2) nach unten geneigt ist.
  3. Fließbett-Trockeneinheit nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Trocknungskammer (2) einen im Wesentlichen dreieckigen vertikalen Querschnitt aufweist, wobei Seitenwände (12) nach oben auseinanderlaufen.
  4. Fließbett-Trockeneinheit nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie Vorrichtungen (9) zum Einstellen der Strömungsrate des Trocknungsfluids aufweist.
  5. Trockeneinheit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Basisteil (10) umfasst, eine untere Zone (11), in der die Seitenwände (12) nach oben in einem ersten Winkel (&bgr;) auseinander laufen, und eine obere Zone (13), wobei die obere Zone von der unteren Zone (11) nach oben in einem zweiten Winkel (&ggr;) auseinander läuft, wobei der zweite Winkel (&ggr;) größer ist als der erste Winkel (&bgr;).
  6. Trockeneinheit nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsachse (l) in Bezug auf die Horizontalachse (h) in einem Neigungswinkel (&agr;) geneigt ist, der im Bereich von 3–15 Winkelgrad liegt.
  7. Trockeneinheit nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Winkel (&bgr;) im Bereich von 7–15 Winkelgrad ausgewählt ist und der zweite Winkel (&ggr;) im Bereich von 15–30 Winkelgrad ausgewählt ist.
  8. Fließbett-Trocknungsverfahren zum Trocknen eines Produkts umfassend die Schritte:

    – Einführen des Produkts in einem Einlassbereich (3), der mit einer Trocknungskammer (2) verbunden ist, die einen auseinander laufenden dreieckigen Querschnitt aufweist;

    – Injizieren eines Trocknungsfluids in die Kammer (2), das eine Einfließgeschwindigkeit aufweist, die höher ist als die Ausfließgeschwindigkeit;

    – Vorsehen einer geneigten Richtung des Trocknungsfluids in Bezug auf die Vertikale und Orientieren des Stroms in die in Bezug auf die Richtung der Schwerkraft entgegengesetzte Richtung, der das Produkt ausgesetzt ist; und dadurch gekennzeichnet, dass jeder Partikel des Produkts anschließend einen Schub in Richtung des Fluidstroms erfährt und einen anschließenden Fall in die Richtung der Schwerkraft, so das bedingt durch die geneigte Richtung des Fluidstroms, das Produkt eine sägezahnförmige Oszillation ausführt, wobei es im Inneren der Trocknungskammer (2) in einer Höhe schwebt, die der Geschwindigkeit des Fluids entspricht, bei der für das genannte Produkt ein Gleichgewicht zwischen dem Hub durch den Schub in Richtung des Fluids und die Schwerkraft erreicht wird.
  9. Fließbett-Trocknungsverfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Periode und Frequenz der Oszillation einstellbar sind.
Es folgen 2 Blatt Zeichnungen






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