Walzen-Schachttrockner zum Trocknen von pastenformigen und breiigen Produkten, besonders von Farbstoffen

DR.-ING. K. MAHLER UND D1PL.-ING. D. STOCKBURGER

Badische Anilin- & Soda-Fabrik AG, Ludwigshafen am Rhein

Zum IOOjahrigen Bestehen der Badischen Anilin- & Soda-Fabrik AG am 6. April 1965

Solange der zu trocknende Stoff noch eine gewisse Mindestfeuchtigkeit hat, ist ein Kontakttrockner wirtschaftlicher als ein Konvektionstrockner. Beim Walzen-Schacht- trockner arbeitet daher die erste Stufe als Walzentrockner, wobei die Warme dem Trocknungsgut durch Leitung zugefiihrt wird. Hierbei ist aber durch starke Beluftung der Walze auch fur eine genugende Stoffabfuhr zu sorgen. AnschlieBend wird in einem Schachttrockner die restliche Feuchtigkeit abgefuhrt, und die Warme geht durch Kon- vektion an das zu trocknende Gut uber. Versuche zeigen, daB rnit dem kombinierten Trockner ein Farbstoff in etwa 15 bis 30 min getrocknet werden kann, wahrend mit den bekannten Umluft-Trockenschranken Zeiten von sechs Stunden bis zu zwei Tagen benotigt wurden.

Sofern man pastenformige oder breiige Produkte nach der Trocknung in Form von Kornern (grains) wunschte, standen als Trockner bis vor etwa einem Jahr vorwie- gend die bekannten Umlufttrockenschranke oder auch Vakuumapparate zur Verfiigung. Die in Trockenschran- ken bei Farbstofftrocknung ublichen Trocknungszeiten liegen in der GroRenordnung von sechs Stunden bis etwa zwei Tagen, in Vakuumapparaten bei mehreren Stunden. Sie sind vorwiegend bedingt durch die un- gleichmaBigen Abmessungen des Trocknungsgutes. Bei neueren Entwicklungen werden die Trocknungszeiten in normalen Konvektionstrocknern dadurch verkurzt, da0 dem zu trocknenden Gut vor Beginn der Trock- nung eine gleichmaBige definierte Form mit moglichst kleinen Abmessungen gegeben wird.

Hieraus ergeben sich folgende Vorteilel) :

1.) Durch kurze Anstromlangen werden bei konvek- tivem Warmeubergang hohere Warmeubergangs- zahlen a und Stoffubergangszahlen /3 erreicht.

2.) Die Diffusionswege, die den 11. Trodcnungsabschnitt entscheidend beeinflussen, werden verkurzt.

3.) Die spezifische Oberflache des Trocknungsgutes wird vergro0ert.

4.) GleichmaRige Abmessungen gewahrleisten eine ein- heitliche Trocknungszeit aller Gutsteile.

Bei ungleichmaDigen Abmessungen wird die Trock- nungszeit von dem groRten Gutsteil bestimmt, was zu langen Trocknungszeiten fuhrt. Dadurch konnen die kleineren Gutsteile durch Ubertrocknung geschadigt werden. Durch Vorformen des Trocknungsgutes kann man dagegen bei den bekannten Trockner-Konstruk- tionen die Trocknungszeit auf ein bis zwei Stunden verkurzen.

Grundsltzliche Uberlegungen

In der bisherigen Trocknerbauart mit konvektiver Warmeubertragung sind der Warmezufuhr gewisse Grenzen gesetzt. Nun betragt aber die Warmeleitfahig- keit eines noch sehr feuchten Stoffes ein Vielfaches von der eines trockenen Stoffes; daher kann man bei noch feuchten Stoffen wesentlich groRere Warmemengen durch Warmeleitung zufuhren, wenn man diese Stoffe rnit warmen Flachen in Beruhrung bringt. Ein Vergleich zeigt, daR bei der spater beschriebenen Trockneraus- legung der Warmeubergang durch Konvektion im gunstigsten Fall nicht ganz 10°/o der Warmeubertra- gung durch Kontakt betragt. Diese Trocknungsart ist zwar grundsatzlich nichts Neues; denn Kontakttrockner gibt es schon lange, und auch die gute Warmeuber- tragung ist bereits bei der Rillenwalze ausgenutzt worden. Ubersehen wurde dabei aber, daa zu einer guten Warmezufuhr auch eine gute Stoffabfuhr gehort. Diese Unterlassung ist erklarlich, weil bei der uber- wiegend angewandten Konvektionstrocknung Warme- zufuhr und Stoffabfuhr nicht getrennt voneinander be- einfluRt werden konnen. Wenn man dagegen beim Kontakttrockner die gute Warmezufuhr durch Leitung im feuchten Stoff wirklich ausnutzen will, so muB man zusatzlich fur eine Stoffabfuhr sorgen, die moglichst die bei Konvektionstrocknung ubertrifft. Das Trock- nungsgut muB daher mit einem gasformigen Medium bei hoher Geschwindigkeit uberstromt werden. Hierbei ist die Temperatur des gasformigen Mediums ohne be- sondere Bedeutung, da die Verdampfungswarme nicht aus dem gasformigen Medium, sondern durch Kontakt zugefuhrt wird und der Luftstrom lediglich fur eine gute Stoffabfuhr zu sorgen hat.

Die Vorteile der Warmezufuhr durch Warmeleitung sind nur bei hoher Warmeleitfahigkeit des Trock- nungsgutes gegeben, eine Voraussetzung, die wahrend des ersten Trocknungsabschnittes meistens zutrifft. ES

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ist daher mit Rucksicht auf die Abmessungen der Kon- taktflache im allgemeinen nur in diesem Trocknungs- abschnitt sinnvoll, die Warme durch Kontakt zuzufuh- ren. In den weiteren Abschnitten ist ohnehin die Be- deutung der Warmezufuhr und Stoffabfuhr an der Ober- flache des Trocknungsgutes geringer gegenuber den Vorgangen im Trocknungsgut; und es kann durch Kon- vektion getrocknet werden.

Allein aus diesen theoretischen Uberlegungen ergibt sich das Bild eines geeigneten Trockners fur pastenfor- mige Stoffe, mit dem man Trocknungszeiten von weni- ger als einer Stunde erreichen kann: Das Trocknungs- gut wird zur Vortrocknung und Formgebung auf eine Rillenwalze aufgegeben. Um das Trocknungsgut auch quer zu den Rillen zu unterteilen, werden in dieser Richtung Driihte gespannt, an denen das Gut beim Schrumpfen reiRt. Dadurch erhalt das einzelne Teilchen in allen drei Dimensionen definierte Abmessungen. Im Gegensatz zu anderen neueren Entwicklungen wird hierbei also wahrend des Trocknungsvorganges granu- liert. Uber die Rillenwalze wird zur Stoffabfuhr in cinem Kanal ein Luftstrom mit hoher Geschwindigkeit gefiihrt. Im Bereich der Knickpunktsfeuchte wird das Trocknungsgut von der Walze abgenommen und kon- vektiv zu Ende getrocknet. Als einfachster Trockner fur die konvektive Endtrocknung bietet sich ein Schacht- trockner an, in dem das Trocknungsgut eine stetig nach unten wandernde Schuttgutschicht bildet, die im Gleich- oder Gegenstrom vom gasformigen Trocknungsmedium durchstromt werden kann.

Laborversuche

V e r s u c h s v o r r i c h t u n g

In Laborversuchen wurden die zur Auslegung eines derartigen Trockners benotigten Eigenschaften von Heliogenblau, einem reprasentativen Farbstoff, und die wesentlichen konstruktiven Details ermittelt. Das Trocknungsgut lag in pastenformigem Zustand mit einem Anfangsfeuchtigkeitsgehalt von 2 kg Wasser je kg trockenem Stoff vor.

Zunachst wurde der Farbstoff auf einer Rillenplatte vorgetrocknet, die als Model1 fur die in der GroRaus- fuhrung geplante Rillenwalze diente. Vorversuche lie- Ben eine Abmessung der Rillen von 5 X 5 mm und eine Stegbreite zwischen ihnen von etwa 2 mm als zweck- maBig erscheinen. Quer zu den Rillen wurden in 10 mm Abstand Drahte von 0,8 mm Dmr. gezogen, die in 1 mm tiefen Einfrasungen der Stege unmittelbar unter der Oberflache des Trocknungsgutes zu liegen kamen, s. Abb. 1. Hierdurch riR das Trocknungsgut beim Schrump- fen in gleichmaRigen Abstanden ein, und man erhielt eine gleichmaBige Schiittung. AuRerdem wurde das vor-

Y m g

Abb. 1. Rillenplatte. a Rillenplatte, b Luftkanal, c Drahte.

zeitige Herausfallen des Trocknungsgutes verhindert. Die Abmessungen des auf diese Weise granulierten Trocknungsgutes betrugen nach beendeter Trocknung N 4,4 X 4,4 X 9 mm, was einer Volumenabnahme von 30°/o entspricht.

Der Farbstoff wurde wahrend des Trocknungsvorgan- ges nicht verkrustet, wie ein Vergleich mit den Ver- suchen von Jaeschkg) zeigt. Um die Rillen mit dem Trocknungsgut gleichmahig auszufullen und damit eine gute Warmeubertragung sowie die gleichmaRige Gra- nulierung zu gewahrleisten, erwies es sich als gunstig, das Trocknungsgut mit Hilfe einer Schnecke in die Rillen zu pressen. Das damit verbundene Durchkneten lie6 das Trocknungsgut streichfahiger werden und er- gab eine sehr gute Ausfullung des quadratischen Rillen- querschnitts. Diese Art der Gutsaufgabe ist jedoch nur moglich, wenn das Trocknungsgut einen bestimmten Wasser-Gehalt nicht unterschreitet.

A u s w e r t u n g

Der Trocknungsvorgang auf einer derartigen Rillen- walze konnte im wesentlichen durch folgende GroBen beeinflufit werden: Geschwindigkeit und Temperatur der uberstromenden Luft und Temperatur der Walzen- oberflache. In Abb. 2 ist der zu erwartende groDe Ein- fluR der Stromungsgeschwindigkeit der Luft auf den Trocknungsverlauf unter sonst konstanten Versuchs- bedingungen zu erkennen. Im Fall der erzwungenen Luftgeschwindigkeit wL = 0 wurde der Kanal zur Fuh- rung der Luft entfernt; die Feuchtigkeit konnte dann nur durch die sich bildende Auftriebsstromung ab- gefiihrt werden, wie es bei konventionellen Walzen- trocknern ublich ist. Die Temperatur der Luft hat nur einen geringen EinfluR auf den Trocknungsverlauf; so betrug der Unterschied bei Lufttemperaturen von 30 und 130°C nur etwa 5'10. Wie zu erwarten, ist dagegen der EinfluR der Plattentemperatur auf die Trocknungs- geschwindigkeit erheblich, s. Abb. 3 . Die gewahlten Plattentemperaturen entsprechen Sattdampfdrucken von 0 5 , 1 ,O und 2,O atu.

Trocknungszeit t Abb. 2. Trocknungsverlauf von Heliogenblau beim Trocknen auf einer Rillenplatte. Plattentemperatur 9, = 120 ' C , Luft- temperatur GL = 13OoC, Teildruck des Wasserdampfes in der Luft PDL = 145 kp/m2. Der mittlere Feuchtigkeitsgehalt X , wird stets auf den t r o c k e n e n Stoff bezogen.

Chemie-hg.-Techn, 37. Jahrg. 1965 / Nr. 4 407

Aus den experimentell ermittelten Trocknungsverlaufs- kurven wurde eine Warmeiibertragungszahl a* be- stimmt. Sie definiert die Warmeiibertragung zwischen der Walzenoberflache und derjenigen Oberflache des Trocknungsgutes, die der Luft zugewandt ist:

(1). gD r = a* (8tT7-80)

" 0 5 rnin 10 rn Jrocknunqszeit t

Abb. 3. Trocknungsverlauf van Heliogenblau beim Trodtnen auf einer Rillenplatte. Lufttemperatur 8, = 13OoC, Teildruck des Wasserdampfes in der Luft PD,, = 158 kp/m2, Luftgeschwindigkeit wr, = 11 m/s.

Abb. 4. Warmeiibertragungszahl a" in Abhangigkeit van der Gutsfeuchtigkeit bei der Trocknung van Heliogenblau. Kurvenparameter: Plattentemperatur 6,, Lufttemperatur 7 1 ' ' = 130°C, Luftgeschwindigkeit wI, = 11 m/s.

600 --- I--

I 1 I I 0,s kq/kg 0,2

0 ' 2,o f,5 t o

rnittlerer Feuchtiqkeitsgehalt X,,,

Abb. 5. Warmeubertragungszahl a" in Abbangigkeit van der Gutsfeuchtigkeit bei der Trocknung van Heliogenb!au. Kurvenparameter: Luftgeschwindigkeit wL, Lufttemperatur GL = 130 O C , Plattentemperatur = 120 'C.

In G1. 1 bedeuten gD die Trocknungsgeschwindigkeit, r die Verdampfungswarme, a'' die Warmeubertragungs- zahl, 8, die Temperatur der stoffabgebenden Ober- flache des Trocknungsgutes und 8, die Temperatur der Kontaktflache.

Die Trocknungsgescbwindigkeit gl, ergibt sich, indem man den Trocknungsverlauf uber der Zeit bei dem ent- sprechenden Feuchtigkeitsgehalt X,,, des Trocknungs- gutes auftragt. Die noch unbekannte Oberflachentem- peratur des Trocknungsgutes laDt sich aus der allgemei- nen Beziehung fur den Stoffiibergang ermitteln.

In G1. (2) bedeuten gD die Trocknungsgeschwindigkeit, p die Stoffubergangszahl, R, die Gaskonstante des Dampfes, T die Temperatur, P,, den Dampfdruck an der Gutoberflache und P,, den Dampfdruck in der Luft.

Die Oberflachentemperatur ist als einzige unbekannte GroRe im Dampfdruck P I , , an der Oberflache und in der Stoffubergangszahl 0 enthalten.

Aus den Gln. (1) und (2) erhalt man die Warmeiiber- tragungszahl a* als Funktion der Gutfeuchtigkeit mit der Plattentemperatur 6, und der Geschwindigkeit wr, der Luft als Parameter, s. Abh. 4 und 5. Mit Hilfe die- ser GroDe kann der Trocknungsvorgang auf einer Platte oder Walze unter verschiedenen Bedingungen berech- net werden.

T r o c k n u n g i n d e r S c h i i t t u n g

Die Endtrocknung in einer Schiittung, die sich an die Kontakttrocknung anschlieDt, wurde ebenfalls im Labo- ratorium untersucht. Dabei sollten die Trocknungsver- laufskurven sowie die Warme- und Stoffiibergangszah- len in der Schiittung bestimmt werden. Liegen diese Angaben vor, so kann nach van MeeJ3) und Jaeschke4) der Trocknungsverlauf in der Schiittung berechnet wer- den. Auf Grund der Arbeiten uber den Warme- und Stoffaustausch in Haufwerken5) genugte es, das ein- schichtige Haufwerk zu untersuchen. Unter ,,einschich- tig" sol1 ein Haufwerk verstanden werden, bei dem die Hohe gleich der von Krischer6! definierten Anstrom- lange I' der Schiittungsteilchen ist. Durch Vor- und Nachschalten einer Hilfsschicht aus dampfdichten Teil- &en mit gleichen Abmessungen wie die der Versuchs- schicht kann der Warme- und Stoffubergang im Innern der Schiittung nachgebildet werden.

Die Warmezufuhr und Stoffabfuhr wird bei der kon- vektiven Trodcnung entscheidend durch die Geschwin- digkeit und die Temperatur des gasformigen Trock- nungsmediums beeinfluat. In Abb. 6 ist deren EinfluD auf die Trocknungsgeschwindigkeit zu erkennen. Bei den hoheren Trocknungsgeschwindigkeiten, die fur die Auslegung des Trockners in Frage kommen, kann man die Knickpunktsfeuchte als unabhangig von den Trock- nungsbedingungen annehmen. Das oben zitierte Re- c h e n ~ e r f a h r e n ~ , ~ ) , das diese Voraussetzung enthalt, ist somit im vorliegenden Fall anwendbar. Weitere fur das Rechenverfahren benotigte Daten der Schuttung sind folgende: Schiittvolumen (1 --7y) = 0,575,

Raumgewicht des trockenen Farbstoffteilchens R = 520 kg/m3, Spezifische Oberflache der Schiittung 0 = 750 mZ/m3.

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0.5 I 0 k d k g f,5 KEG miff lerer Feuchtigkeitsgehalt X,

Abb. 6. Trocknungsgeschwindigkeit gD in Ahhangigkeit vom inittleren Feuchtigkeitsgehalt X,,l hei der Trocknung von Heliogenblau in einer einschichtigen Schuttung. Kurvenpardmcter: Luftgeschwindigkeit wL vor der Schiittung und Lufttcmperatur 8'L,. Abmessungen cicr Teilchen: 4,4 X 4,4 X 9 mm

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mga

Abh. 7. Schema des Walzen-Schachttrockners. a Rillenwalze, b Schacht mit Schiittung, c Vorratshehalter, d Aufgabeschnedte, e Luftkanal. f Lufterhitzer, g Gehlase, h Kanalbeheizung zur Zwischenuberhitzung des Trodcnungs- mediums, i Zellenschleuse, k Filter, I Umluftventil, m Rillen, n D r a h t s d e , o Abhebewalze.

Auslegung des Trockners

Abb. 7 zeigt das Prinzip des Walzen-Schachttrockners fur Gleichstrombetrieb. Selbstverstandlich ist auch eine Schaltung im Gegenstrombetrieb oder im Gleich-Gegen- strombetrieb moglich, wobei im letzten Fall das Trock- nungsmedium uber die Walze im Gleichstrom und durch die Schuttung im Gegenstrom gefuhrt werden kann.

Die Dimensionierung der wichtigsten Abmessungen eines derartigen Trockners an Hand von Laborversu- chen sol1 am Beispiel eines Trockners fur Heliogenblau gezeigt werden. Der Trockner habe einen stundlichen Durchsatz von 50 kg feuchtem Farbstoff. Er werde im Gleichstrom und in reinem Frischluftbetrieb betrieben.

doch konnen auch andere Betriebszustande ohne be- sondere Schwierigkeiten berechnet werden.

D i m e n s i o n i e r e n d e s W a l z e n t r o c k n e r s

Der Durchsatz des Trockners wird in erster Linie durch die Rillenwalze begrenzt, da im Schachttrockner duf kleinem Raum groRe Mengen vorgetrockneten Produk- tes untergebracht werden konnen. Bei vorgegebenen Rillenabmessungen hangt der Durchsatz von den Ab- messungen der Trommel und ihrer Drehzahl ab. Die Trommeldrehzahl sollte moglichst groR sein, damit sich kleine Trocknerabmessungen ergeben. Will man den- noch eine ausreichende Vortrocknung auf der Walze erreichen, so mussen Walzentemperatur und Gas- geschwindigkeit uber der Walze nach den Abb. 3 und 2 ebenfalls moglichst hoch gewahlt werden. Auch bei temperaturempfindlichen Trocknungsgutern kann da- bei die Walzentemperatur groRer sein als die Tempera- tur in normalen Konvektionstrockenschranken; denn es hangt nicht nur von der Hohe der Temperatur, son- dern auch von der Dauer ihrer Einwirkung ab, ob dds Produkt nennenswert geschadigt wird. Zur weiteren Berechnung sollen folgende Trocknerdaten frei gewahlt werden:

Walzendurchmesser : 650 mm, Kanalhohe uber der Walze: 40 mm, Luftgeschwindigkeit uber der Walze: 163 mls,

Lufteintrittstemperatur: 130'C, Wasserdampfpartialdruck am Eintritt: 150 kp/mL.

Abb. 8 zeigt den Trocknungsverlauf von Heliogenblau auf der Walze uber der Trocknungszeit, und zwar auf- getragen fur vier Walzendrehzahlen. Der Trocknungs- verlauf wurde schrittweise berechnet. Fur jedes F18- chenelement der Walze gilt entsprechend der Definition von 3'' die Warmebilanz:

Walzentemperatur: 120'C,

Die Warmeubertragungszahl a'; ergiht sich aus den Abb. 4 und 5. Die Stoffubergangszahl errechnet sich aus den bekannten Beziehungen fur den Stoffubergang. Somit stellt G1. (3) fur das Flachenelement an der Stelle des Lufteintritts, an der bekannt ist, eine Bedin- gung fur die Oberflachentemperatur des Trocknungs- gutes dar. Die Trocknungsgeschwindigkeit ergibt sich dann aus G1. (2). Mit ihrer Hilfe erhalt man die Guts- feuchtigkeit und damit a" sowie P,, fur den zweiten Rechnungsschritt. Damit kann auch fur diesen aus GI. (3) wiederum die Oberflachentemperatur ermittelt werden.

Der Trocknungsverlauf in Abb. 8 ist jeweils bis zur Abnahme des Trocknungsgutes von der Walze angege- ben, wobei angenommen wurde, daO der Walzenum- fang zu 80°/o ausgenutzt werden kann. Der zeitliche Trocknungsverlauf von Heliogenblau hangt etwas von der Walzendrehzahl ab, was auf die unterschiedliche Feuchtigkeitsanreicherung der Luft uber der Walze zu- ruckzufuhren ist. Nach Abb. 8 wurde man bei einer Drehzahl von 15 Uih bei der Abnahme bereits eine geringere Feuchtigkeit als die Knickpunktfeuchtigkeit erreicht haben. Beim Dimensionieren des Schachttrock-

Chemie-1ng:Techn. 37. Jahrg. 1965 1 N r . 4 409

ners wird sich zeigen, daR eine Abnahme bei X , = 0,?9 entsprechend einer Drehzahl von 20 Uih ratsam ist, wenn man hohen Durchsatz erzielen will. Die Labor- versuche haben auRerdem gezeigt, daB die Farbstoff- teilchen bei diesem Feuchtigkeitsgehalt bereits eine ausreichende Festigkeit aufweisen und somit eine rie- selfahige Schuttgutschicht bilden konnen. Bei dieser Drehzahl erhalt man schlieRlich fur den gewunschten Durchsatz an feuchtem Trocknungsgut die notwendige Walzenbreite von 400 mm.

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1 2 3 4 min 5 Jrocknungszeit t

Abb. 8. Berechneter Trocknungsverlauf beim Trocknen von Heliogenblau auf der Rillenwalze. Kurvenparameter: Drehzahl nw der Walze. Luftgeschwindig- keit wL = 16,5 mis, Lufttemperatur lyL = 130°C, Walzen- temperatur 6, = 120 “C.

D i m e n s i o n i e r e n d e s S c h a c h t t r o c k n e r s

Beim Dimensionieren des Schachttrockners sind fol- gende Gesichtspunkte zu beachten. Die Schutthohe der Farbstoffteilchen in1 Schachttrockner mu6 so groR sein, daR der Druckverlust der Trockenluft in ihr eine gleich- maRige Durchstromung garantiert. Andererseits ist die Schutthohe dadurch begrenzt, daR die GeblSseleistung nicht zu groB werden darf. Der Kanalquerschnitt sollte daher nicht zu klein bemessen sein, damit die Stro- mungsgeschwindigkeit innerhalb der Schuttung niedrig bleibt. Andererseits ist mit wachsender Luftgeschwin- digkeit in der Schiittung mit einem zunehmenden Anteil an staubformigem Trocknungsprodukt zu rechnen. Das fuhrt zu Verlusten an Trocknungsgut, belastigt die Um- gebung des Trockners und ist auch fur die Weiterver- arbeitung unerwunscht. Dagegen konnen im Schacht- trockner niedrige Warme- und Stoffubergangszahlen in Kauf genommen werden.

Aus diesen Grunden wurde eine auf den freien Schacht- querschnitt bezogene Luftgeschwindigkeit von 1 m/s gewahlt. Damit ergibt sich ein Querschnitt des Schacht- trockners von 0,26 m2, Nun kann mit den in den Labor- versuchen ermittelten Stoffwerten der Trocknungsver- lauf in der Schuttung nach Jaeschke4) berechnet werden. Fur den vorliegenden Gleichstrom von Trocknungs- medium und Trocknungsgut zeigt Abb. 9 den Feuchtig- keitsgehalt des Gutes, aufgetragen uber der Trock- nungszeit. Parameter sind dabei der Durchsatz an Trocknungsgut (dargestellt durch die Walzendrehzahl) und die Trocknungsbedingungen auf der Walze. Der Luftzustand beim Eintritt in die Schuttung entspricht bei Gleichstrom dem Austrittszustand aus dem Kana1 uber der Walze. Er kann abgeschatzt werden, wenn man die Zwischenuberhitzung (Abb. 7) berucksichtigt.

Tab. 1 zeigt, daR sich sinnvolle Abmessungen fur die Schutthohe erst ab einer Walzendrehzahl von etwa 20 U/h ergeben. Um mit Sicherheit eine gleichmaRige

Trocknungszeif t Abb. 9. Berechneter Trocknungsverlauf beim Trocknen von Heliogenblau im Schacht. Kurvenparameter: Drehzahl nmT der Walze und Stoffdurch- satz GS. Luftgeschwindigkeit wL = 1 m’s, Lufttemperatur 6, = 100°C.

mam Trocknungszeif t Abb. 10. Berechneter Trocknungsverlauf beim Trodcnen von Heliogenblau in einem Waken-Schachttrockner. Auslegungsdaten der Walze: Stoffdurchsatz Gs = 50 kg :h Luftgeschwindigkeit wL = 16,5 mis; Lufttemperatur 6, =

130°C; Walzentemperatur 6, = 120’C; Drehzahl der Walze 20 Ulh. huslegungsdaten des Schachtes: Luftgeschwin-

“ L V digkeit ”. wI, =? 1 m/s ; Lufttemperatur GQL = 100 OC.

410 Chemie-1ng:Techn. 37. J a h r g . 1965 I Nr. 4

Tabelle 1. Notwendige Schutthohen H fur eine Trocknung auf einen Feuchtigkeitsgehalt von l O / o in Abhangigkeit van der Drehzahl n,v.

stoffpasten Trocknungszeiten in der GroRenordnung von 15 bis 30 min erreichen kann.

Eingegangen am 28. November 1964 [B 18601

Literatur

Verteilung des Trocknungsmediums uber den Schacht- querschnitt und eine gleichmaRige Endtrocknung zu gewahrleisten, wird eine Schutthohe von 30 cm gewahlt.

In Abb. 10 ist schlieRlich der gesamte Trocknungsver- lauf im Walzen-Schachttrockner unter den gewahlten Bedingungen dargestellt. Daraus ergibt sich, daR man mit einem derartigen Trocknungsverfahren bei Farb-

I ) K. Mahler. Chem. Industrie 16, 351154 119641 z, L. Jaeschke, diese Ztschr. 36, 449155 119641. 3) D. A. van Meel, Chem. Engng. Sci. 9, 36/44 (195Sl. 4, L. Jaeschke, diese Ztschr. 35, 44/47 [1963]. 5 ) 0. Krischer u. L. JQeSchke, diese Ztschr. 33, 592/98 [1961]. 6) 0. Krischer: Die wissenschaftlichen Grundlagen der Trodc-

nungstechnik, 2. Aufl., Berlin-Gottingen-Heidelberg 1963.

Modelluntersuchungen an einer Planetenkugelmiihle

ING. G. JOHN UND DIPL.-ING. F. VOCK

Badische Anilin- & Soda-Fabrik AG, Ludwigshafen am Rhein

Zum 1OOjahrigen Bestehen der Badischen Anilin- & Soda-Fabrik AG am 6. April 3965

Zum Dispergieren von waBrigen Suspensionen und Lacksuspensionen durch Kugel- mahlung werden Modellgesetze angegeben, die es unter Beachtung der allgemeinen Ahnlichkeitsmechanik gestatten, den durch eine Modellmahlung auf einer Planeten- kugelmuhle erhaltenen zeitlichen Dispergierfortschritt auf eine Schwerkraftkugelmuhle in GroBausfuhrung zu ubertragen. Man kann damit die fiir ein Produkt spezifischen Betriebsdaten einer Kugelmahlanlage in verhaltnismaBig kurzer Zeit optimal auslegen. Es werden Modellversuche gezeigt, die fiir den Abbau von Pigmenfagglomeraten in einer Lacklosung die Richtigkeit der Modellbeziehungen bestatigen.

Bei der Herstellung feinster stabiler Dispersionen (bei- spielsweise Pigmente in zahen Lacklosungen) genugen nicht immer die bekannten kontinuierlich arbeitenden Maschinen, wenn man hohe Anspruche an die Qualitat der Produkte stellt. Man mu6 vielmehr in einigen gro- Ren bzw. vielen kleinen Kugelmuhlen absatzweise dis- pergieren, urn mit extrem langen Verweilzeiten die ge- forderten Produkteigenschaften zu erreichen.

Durch optimale Auslegung der Kugelmuhlen versucht man die Verweilzeit herabzusetzen.

Oft wird ein vollstandiger AgglomerataufschluR des Feststoffes in der Dispersion verlangt, wobei gleich- zeitig die Primarpartikel nicht abgebaut werden dur- fen. Diese Bedingung kann nur dann erfullt werden, wenn der zum Desagglomerieren erforderliche Energie- betrag wesentlich kleiner ist als der Betrag der Bruch- energie, die zum Abbau der Primarpartikel zugefuhrt werden muR. Eine optimale Auslegung der hierfur ver- wendeten Dispergiermaschinen verlangt also, daR die Beanspruchungskrafte zum Desagglomerieren zwar maximal, jedoch unterhalb der Beanspruchungsgrenze der Primarpartikel eingestellt werden.

Die GroRen, die eine Kugelmahlung hauptsachlich be- einflussen, sind der Mahltrommeldurchmesser, die Ti-ommeldrehzahl, das Material und die Abmessung der Mahlkorper sowie der Mahlkorper- und Produkt- fullungsgrad der Miihle. Zur optimalen Auslegung einer Kugelmuhle muRten unter Variation samtlicher EinfluR- groRen Versuchsmahlungen in Schwerkraftkugelmuhlen

unternommen werden. Wegen der notwendigen langen Verweilzeiten von Dispersionen in Kugelmuhlen und wegen der zahlreichen GroRen, die den Dispersitats- fortschritt einer Kugelmahlung beeinflussen, ware ein derartiges Versuchsprogramm jedoch sehr langwierig.

Es wurde daher untersucht, ob mit dern Ubergang der Kugelmahlung vom Schwerkraftfeld in ein entsprechend hohes Zentrifugalfeld (Planetenkugelmuhle) unter glei- chen Beanspruchungsbedingungen wesentlich kurzere Laufzeiten fur den gleichen Endzustand einer Dispersion zu erreichen sind. Fur die Umrechnung der Dispergier- zeit einer Planetenkugelmuhle auf eine Schwerkraft- kugelmuhle wurden mit Hilfe der Ahnlichkeitsmechanik Modellgesetze aufgestellt und deren Gultigkeit fur den Dispergiervorgang bzw. den Abbau von Agglorneraten experimentell untersucht.

Modellbeziehungen zwischen Planeten- und Schwerkraftkugelmuhle

Die fur die Modellmahlungen verwendete Planeten- kugelmuhle zeigt Abb. 1. In einem horizontal gelager- ten Rotationsgestell aus zwei kraftigen Stirnplatten sind vier ebenfalls rotierende Kafige auf einem Loch- kreisdurchmesse'r von genau 1 m befestigt.

In die vier Kafige konnen MahlgefaRe bis zu einem Durchmesser von 200 mm und bis zu einer Lange von 250 mm eingespannt werden. Der Hauptantrieb (vgl.

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