AT507766A1 - Verfahren zur trocknung fester stoffe mit minimalem energieeinsatz - Google Patents

Description

Verfahren zur Trocknung fester Stoffe mit minimalem Energieeinsatz

Die Erfindung betrifft ein kontinuierliches bzw. quasi-kontinuierliches Trocknungsverfahren für Feststoffe nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Zahlreiche Rohstoffe oder Güter müssen technisch getrocknet werden um sie z. B. lagerfähig zu machen oder um sie weiterverarbeiten zu können. Beispiele sind landwirtschaftliche Produkte wie z. B. Mais (zum lagerfähig machen) oder Hackschnitzel (zur Aufbereitung zu einem hochwertigen Brennstoff).

Die bisher angewendeten technischen Trocknungsverfahren basieren im Wesentlichen auf der Erhitzung von Luft durch die Verteuerung von Öl, Gas, Hackschnitzel, Rinde usw. Dieser heiße Luftstrom wird durch das zu trocknende Gut geblasen, nimmt so die Feuchtigkeit auf und wird schließlich mehr oder weniger stark abgekühlt und mit Wasserdampf angereichert aus dem Trocknungsprozess abgeführt. Ein typisches Beispiel dafür ist die Trocknung im Trommeltrocknen das Material bewegt sich in einer rotierenden Trommel langsam Richtung Ausgang und wird im Gegenstrom von heißer trockener Luft (oder Verbrennungsabgasen) umströmt und getrocknet.

Durch die hohe spezifische Wärmekapazität von Wasser und die teils sehr hohen Feuchtigkeitsgehalte der zu trocknenden Materialien kommt es zu einem hohen Bedarf an Fremdenergie. So beträgt z. B. beim Pelletieren der Energieaufwand für das Trocknen der Sägespäne teilweise über 10% des Energieinhalts der fertigen Holzpellets, während für alle anderen Prozessschritte zusammengenommen (zerkleinern, fördern, pelletieren,...) nur etwa 2% der Energie des fertigen Produktes aulzuwenden ist. Ähnlich verhält es sich bei der Trocknung durch Eigenerwärmung: hier wird die notwendige Energie durch den teilweisen organischen Abbau der Zellsubstanz aufgebracht. Die Energie wird hier direkt aus dem Produkt selbst entnommen. Dadurch vermindert sich aber die Qualität des Endproduktes (Energiegehalt, Geruch, Farbe...) und gleichzeitig ergibt sich eine große Gefahr durch Selbstentzündung. Außerdem ist dieser Prozess eher langsam und für die kontinuierliche Trocknung großer Mengen nicht geeignet.

Andere Verfahren wie die Lufttrocknung, beispielsweise angewendet bei der Trocknung von Brennholz, sind noch langsamer und daher industriell nicht kostengünstig umsetzbar. Dies gilt in mitteleuropäischen Breiten wohl auch für die Solartrocknung, da diese ebenfalls nur für eher kleinere Mengen an Trocknungsgut speziell in den Sommermonaten eine brauchbare Alternative zur Trocknung mit Fremdenergieeinsatz darstellt.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Trocknungsmethode zu entwerfen, welche es erlaubt, die V erdunstungswärme des ausgetriebenen Wassers weitgehend wiederzugewinnen und quasi im Kreis zu führen um weiteres Wasser aus dem kontinuierlich zugeführten feuchten Trocknungsgut auszutreiben, während das Wasser überwiegend in flüssiger Form aus dem Prozess abgeschieden wird.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass der zu trocknende feste Stoff im kontinuierlichen Betrieb mit oder ohne Vorwärmung in ein weitgehend abgeschlossenes Gefäß eingebracht wird, wo er von einem Trockengasstrom aus Wasserdampf, Luft und anderen Gasen durchströmt wird, welcher im Kreis über einen Wärmetauscher gefahren wird, dessen Heißseite mit einem verdichteten Teilstrom, der aus dem T rockengasstrom abgezweigt wurde, beaufschlagt wird, wodurch das vorher vom Trockengasstrom aus dem zu trocknenden Stoff aufgenommene Wasser wieder kondensiert und damit die Wärme an den Trockengasstrom zurückgeführt wird, während das auskondensierte Wasser nach außen abgeleitet wird.

Die erfindungsgemäße Methode besteht damit typischerweise aus folgenden Einheiten (siehe auch Fig. 1, die Nummern in Fig.l entsprechen den im Folgenden erwähnten Einheiten): 1. ein zur Außenatmosphäre hin weitgehend abgeschlossenes Behältnis in das das zu trocknende Gut durch mindestens eine 2. Zellradschleuse, oder eine andere Einrichtung, welche die Zugabe des zu trocknenden Materials unter weitgehender Unterbindung des Gasaustausches zwischen innen und außen ermöglicht und durch mindestens eine 2 3. Zellradschleuse, oder eine andere Einrichtung, welche die Ausschleusung des trockenen Materials unter weitgehender Unterbindung des Gasaustausches zwischen innen und außen ermöglicht, ausgebracht wird, 4. einen Kreislauf für das Trocknungsgas, welcher einerseits durch dieses abgeschlossene Behältnis (1) und andererseits durch einen Wärmetauscher (8) führt. Dieser Kreislauf ist zur umliegenden Atmosphäre hin abgeschlossen, aber zum Behältnis (1) hin offen, sodass das Trocknungsgas frei durch das Trocknungsgut strömen kann. Das Trocknungsgas setzt sich aus variablen Anteilen von Wasserdampf, Luft und anderen Gasen zusammen. 5. Ein Gebläse, das lediglich die strömungsmechanischen Widerstände im Kreislauf des Trocknungsgases zu überwinden hat, treibt den Strom des Trockmmgsgases an. 6. Aus dem Trocknungsgasstrom wird (zweckmäßigerweise nach dem Durchströmen der Schüttung des zu trocknenden Gutes, also auf der Feuchtseite) ein Teilstrom abgezweigt, der meinem 7. Verdichter auf ein ausreichend hohes Druck- und Temperatumiveau gebracht wird, sodass in einem 8. Wärmetauscher dieser heiße und verdichtete Teilstrom einen Großteil seines Energieinhaltes in Form von Kondensationswärme an den Hauptstrom abgeben kann, da der enthaltene Wasserdampf so lange auskondensiert, bis sein Partialdruck dem Taupunkt an der Wand des Wärmetauschers entspricht. 9. Ein geregelter Kondensatablauf sorgt für die Ausschleusung des flüssigen Wassers aus der Heißseite des Wärmetauschers. 10. Eingedrungene nicht kondensierbare Gase (Luft, Methan, ...) werden über ein Drosselventil kontrolliert abgelassen, sodass der Gegendruck auf der Heißseite des Wärmetauschers weitgehend konstant gehalten werden kann.

Komplettiert wird das System durch eine: 11. Regelung, welche anhand geeigneter Parameter (Feuchte des Materials am Ein- und Ausgang, Temperatur des Hauptstromes vor und nach dem Durchströmen, Druck- und Temperaturanstieg beim Verdichten des Teilstromes, ...) die Zu- und Abfuhr des Materials, die Antriebsleistungen des Gebläses (S) und des Verdichters (7) sowie Öffnen und Schließen des Drosselventils (9) regelt, sowie eine 12. Vorwärmestation für das feuchte Trocknungsgut vor dem Einbringen in das Behältnis 1. Diese ist erforderlich, sofern Trocknungstemperaturen deutlich über der Raumtemperatur angewendet werden und beschleunigt insgesamt den Durchsatz. Weiters macht sie die im anfallenden heißen Kondensat gespeicherte latente Wärme sowie den Energieinhalt des Drosselungsabgases nutzbar, sofern dieses nicht nach Entspannung in den Kreislauf des Trocknungsgases 4 zurückgeführt wird. Durch Einspeisung externer Wärme kann die Vorwärmstation auch zum Anfahren des Prozesses genutzt werden. 11 und 12 sind keine notwendigen Bestandteile der Erfindung aber zum wirtschaftlichen Betrieb sinnvoll/erforderlich.

Die Darstellung der Strömungsrichtungen in Fig.l wurde zur Vereinfachung der Darstellung gewählt und ist kein Präjudiz für die Ausführung in der Realität.

Bei Bedarf können noch weitere Elemente in den Ablauf integriert werden, z. B. eine Staubabscheidung aus dem Trocknungsgas um die Verschmutzung des Wärmetauschers hintan zu halten.

Durch geeignete Wahl des Behältnisses 1 sowie der Zu- und Abfuhrungsorgane 2 und 3 lässt sich eine breite Vielfalt von recht feinen bis hin zu grob-stückigen Trocknungsgütem realisieren.

Als Grenzfall ist ein Betrieb mit 2 oder mehr getrennt diskontinuierlich beschick- und entleerbaren Trockenbehältem anzusehen, welche grundsätzlich alternierend betrieben werden, aber durch eine gewisse Überdeckung in den Trocknungszyklen eine quasikontinuierliche Fahrweise der Gesamtanlage ergeben. Diese Konfiguration eignet sich z. B. zur Trocknung von Schnittholz. 3

Claims (5)

1. ·· t · ·♦ ·· ·· • ··· · · · ·· · • · · · · · ··· ··♦ • · · · ·«· · · · • · · ♦ ···· Patentansprüche 1. Verfahren zur Trocknung fester Stoffe mit minimalem Energieeinsatz, dadurch gekennzeichnet, dass der zu trocknende feste Stoff im kontinuierlichen Betrieb mit oder ohne Vorwärmung in ein weitgehend abgeschlossenes Gefäß ein- und wieder ausgebracht wird, wo er von einem Trockengasstrom aus Wasserdampf, Luft und anderen Gasen durchströmt wird, welcher im Kreis über einen Wärmetauscher gefahren wird, dessen Heißseite mit einem verdichteten Teilstrom, der aus dem Trockengasstrom abgezweigt wurde, beaufschlagt wird, wodurch das vorher vom Trockengasstrom aus dem zu trocknenden Stoff aufgenommene Wasser wieder kondensiert und damit die Wärme an den Trockengasstrom zurückgeführt wird, während das auskondensierte Wasser nach außen abgeleitet wird.
2. 2. Verfahren zur Trocknung mit minimalem Energieeinsatz für feste Stoffe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter, in welchem der Hauptvorgang der Trocknung stattfmdet durch Zellradschleusen oder andere den Zutritt von Luft verhindernden Einrichtungen weitgehend von der Umgebung abgeschlossen ist, sodass sich in dessen Inneren eine Atmosphäre mit möglichst hohem Anteil an Wasserdampf bilden kann, was die Effektivität der Kondensation und des Wärmeüberganges auf der Heißseite des Wärmetauschers fördert und den Fremdenergieeinsatz reduziert.
3. 3. Verfahren zur Trocknung mit minimalem Energieeinsatz für feste Stoffe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die latente Wärme des Kondensates, sowie ev. des über das Drosselventil abgeführten Anteiles an nicht kondensierbaren Gasen samt dem enthaltenen Restwasserdampf des verdichteten Teilstromes, für die Vorwärmung des zu trocknenden Stoffes genutzt wird, um den Durchsatz und die Energieeffizienz des Verfahrens zu optimieren.
4. 4. Verfahren zur Trocknung mit minimalem Energieeinsatz für feste Stoffe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in die Vorwärmestation eine externe Energiezuführung zur Erreichung einer ausreichenden Anfangstemperatur eingebaut wird, welche es erlaubt, den Prozess effizient zu starten.
5. 5. Verfahren zur Trocknung mit minimalem Energieeinsatz für groß-stückige Materialien im quasi kontinuierlichen Betrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass statt eines Trocknungsbehältnisses zwei oder mehr von der Umgebungsluft weitgehend abschließbare Behältnisse alternierend betrieben werden, wobei durch eine Überdeckung des eigentlichen Trocknungszyklus eine weitgehend kontinuierliche Fahrweise der Wärmerückgewinnungseinrichtungen (Trockengasstrom, Verdichter, Wärmetauscher, Kondensatabzug,...) realisiert wird. 4