AT507766B1

AT507766B1 - Verfahren zur trocknung fester stoffe mit minimalem energieeinsatz

Info

Publication number: AT507766B1
Application number: AT0172308A
Authority: AT
Inventors: Franz Dipl Ing Dr Groisboeck
Original assignee: Franz Dipl Ing Dr Groisboeck
Priority date: 2008-11-05
Filing date: 2008-11-05
Publication date: 2010-10-15
Also published as: AT507766A1; US20110219639A1; WO2010051572A2; WO2010051572A3; CA2742685A1; EP2364424A2

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Trocknen eines Trocknungsguts beschrieben, das innerhalb eines abgeschlossenen Trocknungsraums (1) mit einem im Kreislauf geführten, über einen Wärmetauscher (8) erwärmten Trocknungsgas (6) zum Austragen der verdampften Flüssigkeit beaufschlagt wird. Um mit einem geringen Fremdenergieeinsatz das Auslangen zu finden, wird vorgeschlagen, dass ein Teil des Trocknungsgasstroms aus dem Kreislauf ausgeschieden, verdichtet und im Wärmetauscher (8) unter Wärmeabgabe an den im Kreislauf geführten Trocknungsgasstrom kondensiert wird.

Description

österreichisches Patentamt AT507 766B1 2010-10-15

Beschreibung

VERFAHREN ZUR TROCKNUNG FESTER STOFFE MIT MINIMALEM ENERGIEEINSATZ

[0001] Die Erfindung betrifft ein kontinuierliches bzw. quasi-kontinuierliches Trocknungsverfahren für Feststoffe nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.

[0002] 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).

[0003] 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 Trommeltrockner: 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 aufzuwenden 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.

[0004] 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.

[0005] Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Trocknungsmethode zu entwerfen, welche es erlaubt, die Verdunstungswärme 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.

[0006] 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 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.

[0007] Die erfindungsgemäße Methode besteht damit typischerweise aus folgenden Einheiten (siehe auch Fig. 1, die Nummern in Fig. 1 entsprechen den im Folgenden erwähnten Einheiten): [0008] 1. ein zur Außenatmosphäre hin weitgehend abgeschlossenes Behältnis in das das zu trocknende Gut durch mindestens eine 1/4 österreichisches Patentamt AT507 766B1 2010-10-15 [0009] 2. Zellradschleuse, oder eine andere Einrichtung, welche die Zugabe des zu trocknen den Materials unter weitgehender Unterbindung des Gasaustausches zwischen innen und außen ermöglicht und durch mindestens eine [0010] 3. Zellradschleuse, oder eine andere Einrichtung, welche die Ausschleusung des tro ckenen Materials unter weitgehender Unterbindung des Gasaustausches zwischen innen und außen ermöglicht, ausgebracht wird, [0011] 4. einen Kreislauf für das Trocknungsgas, welcher einerseits durch dieses abgeschlos sene 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.

[0012] 5. Ein Gebläse, das lediglich die strömungsmechanischen Widerstände im Kreislauf des Trocknungsgases zu überwinden hat, treibt den Strom des Trocknungsgases an.

[0013] 6. Aus dem Trocknungsgasstrom wird (zweckmäßigerweise nach dem Durchströmen der Schüttung des zu trocknenden Gutes, also auf der Feuchtseite) ein Teilstrom abgezweigt, der in einem [0014] 7. Verdichter auf ein ausreichend hohes Druck- und Temperaturniveau gebracht wird, sodass in einem [0015] 8. Wärmetauscher dieser heiße und verdichtete Teilstrom einen Großteil seines Ener gieinhaltes 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.

[0016] 9. Ein geregelter Kondensatablauf sorgt für die Ausschleusung des flüssigen Wassers aus der Heißseite des Wärmetauschers.

[0017] 10. Eingedrungene nicht kondensierbare Gase (Luft, Methan, ...) werden überein Dros selventil kontrolliert abgelassen, sodass der Gegendruck auf der Heißseite des Wärmetauschers weitgehend konstant gehalten werden kann.

[0018] Komplettiert wird das System durch eine: [0019] 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 (5) und des Verdichters (7) sowie Öffnen und Schließen des Drosselventils (9) regelt, sowie eine [0020] 12. Vorwärmestation für das feuchte Trocknungsgut vor dem Einbringen in das Behält nis 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.

[0021] 11 und 12 sind keine notwendigen Bestandteile der Erfindung aber zum wirtschaftlichen Betrieb sinnvoll/erforderlich.

[0022] Die Darstellung der Strömungsrichtungen in Fig.1 wurde zur Vereinfachung der Darstellung gewählt und ist kein Präjudiz für die Ausführung in der Realität.

[0023] Bei Bedarf können noch weitere Elemente in den Ablauf integriert werden, z. B. eine 2/4

Claims

österreichisches Patentamt AT507 766B1 2010-10-15 Staubabscheidung aus dem Trocknungsgas um die Verschmutzung des Wärmetauschers hintan zu halten. [0024] Durch geeignete Wahl des Behältnisses 1 sowie der Zu- und Abführungsorgane 2 und 3 lässt sich eine breite Vielfalt von recht feinen bis hin zu grob-stückigen Trocknungsgütern realisieren. Als Grenzfall ist ein Betrieb mit 2 oder mehr getrennt diskontinuierlich beschick- und entleerbaren Trockenbehältern 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. Patentansprüche 1. Verfahren zum Trocknen eines Trocknungsguts, das innerhalb eines Trocknungsraums mit einem im Kreislauf geführten, über einen Wärmetauscher (8) erwärmten Trocknungsgas zum Austragen der verdampften Flüssigkeit beaufschlagt wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil des Trocknungsgasstroms aus dem Kreislauf ausgeschieden, verdichtet und im Wärmetauscher (8) unter Wärmeabgabe an den im Kreislauf geführten Trocknungsgasstrom kondensiert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Trocknungsgut über Schleusen (2 und 3) fortlaufend durch den Trocknungsraum gefördert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Trocknungsgasstrom zur chargenweisen Trocknung des Trocknungsguts abwechselnd über zumindest zwei Trocknungsräume zur Aufnahme je einer Trocknungsgutcharge im Kreislauf geführt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Trocknungsgut mit Hilfe der fühlbaren Abwärme des im Wärmetauscher (8) kondensierten Teilstroms des Trocknungsgases vorgewärmt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der gasförmige Anteil des im Wärmetauscher (8) kondensierten Teilstroms des Trocknungsgases wieder dem Kreislauf des Trocknungsgases zugeführt wird.
6. Vorrichtung zum Trocknen eines Trocknungsguts mit wenigstens einem Trocknungsbehälter (1) zur Aufnahme des Trocknungsguts, mit einer Kreislaufführung für ein den Trocknungsbehälter (1) beaufschlagendes Trocknungsgas und mit einem Wärmetauscher (8) zum Erwärmen des im Kreislauf geführten Trocknungsgasstroms, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (8) zum Erwärmen des im Kreislauf geführten Trocknungsgasstroms an einen Verdichter (7) für einen aus der Kreislaufführung abgezweigten Teilstroms des Trocknungsgases angeschlossen ist. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen 3/4