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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Trocknen von Materialien, insbesondere Schlamm oder Rinde, in einer Presse, beispielsweise einer Trommel, Rolle, Doppelrolle, Schnecke, Kettenmatte oder Siebtuchpresse, wobei das Material auch erwärmt wird, und auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Mechanisches Pressen wird allgemein zum Trocknen von verschiedenen wasserhältigen Materialien, beispielsweise Rinde oder Schlamm, verwendet.
Die Trommelpresse umfasst eine rotierende Trommel, die eine innere, parallel und exzentrische Pressrolle enthält. Wenn die Trommel rotiert, wird das zu verarbeitende Material zwischen der Pressrolle und der Trommel ausgepresst. Normalerweise ist die Trommel perforiert und die Flüssigkeit verlässt das ausgepresste Material durch die Trommel.
Durch Verwendung der Trommelpresse können sehr hohe Trockensubstanz-Konzentrationen erreicht werden. Für Rinde ist die Konzentration, abhängig von der Holzart, vorzugsweise 40 - 45%, optimal 45-50%. Für Schlamm ist die Konzentration typischerweise etwas niedriger, abhängig von der Art von Schlamm und vor allem vom biologischen Schlamminhalt.
Wenn noch höhere Trockensubstanz-Konzentrationen erwünscht sind, kann die Temperatur des auszupressenden Materials erhöht werden. Wie bekannt ist, kann das Material erwärmt werden, beispielsweise durch Zufuhr von Dampf in das Material vor dem Pressen oder während des Pressens. Letzteres wird typischerwelse in einer Schneckenpresse gemacht, wo das Zuführen von Dampf in das Material durch Löcher in der Schneckenwelle sehr leicht ist. Beispiele von durch Erwärmung erreichten höheren endgültigen Trockensubstanz-Konzentrationen können beispielsweise In der Patentanmeldung FI 934893 und Im SU Erfinderzertifikat 1005836 gefunden werden, wo Zellstoffsuspension vor dem Filtern erwärmt wird.
Die Erwärmung des Materials erhöht die endgültigen Trockensubstanz-Konzentrationen beispielsweise dadurch, dass warmes Wasser eine niedrigere Viskosität aufweist und so einen niedrigeren Strömungswiderstand zeigt, wenn es das Material verlässt. Es ist allerdings nicht oft der Fall, dass Zellstoff-Suspensionen erwärmt werden, da sie typischerweise nach dem Kochen schon sehr heiss sind. Weitere Beispiele von Verfahren bzw. Vorrichtung mit Erwärmung des zu pressenden Materials zeigen die DE 42 01 905 A1 und die US 3 911 808 A.
Die Heizverfahren waren allesamt aber nicht optimal, da die durch sie erhaltende MehrAusbeute gegenüber dem erforderlichen Energieverbrauch sehr klein geblieben ist, weil das Erwärmen des Im zu trocknenden Material enthaltenen Wassers grosser Mengen an Energie bedarf.
Daher sollte man bedenken, in Bezugnahme auf die oben erwähnten Referenzveröffentlichungen, dass der gesamte zu trocknende Materialstrom erwärmt wird.
Das Ziel der Erfindung ist es ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, in der bevorzugtesten Ausführungsform eine Trommelpresse, welche beispielsweise zum Auspressen von festen Materialien und von Flüssigkeiten enthaltenden Materialien verwendet werden kann, wenn es das Ziel ist, Flüssigkeit aus dem Material zu pressen und dabei eine sehr einfache und elegante Lösung anzugeben, mit der in der Praxis nachgewiesen werden kann, dass man beträchtliche Entwässerungsvorteile bekommt, während der Energieverbrauch deutlich reduziert ist.
Die erfindungsgemässe Lösung dieser Aufgabe ist gekennzeichnet durch die Schritte, dass a) das Material zunächst ohne oder mit nur geringer Erwärmung ausgepresst wird, dass b) das Material sodann stark erwärmt wird, vorzugsweise in seinem feuchtesten Teil, dass c) das Material danach ausgepresst wird, und dass d) die Schritte b) und c) in dieser Reihenfolge zumindest einmal wiederholt werden Da die Erwärmung immer an dem verbleibenden Wasser im trockenstmöglichen Material angewendet wird, ist der gesamte Energieverbrauch minimiert. Bei einer bevorzugten Anwendung des Verfahrens wird die Wärme im Gegenstrom gegen den Strom der Materialtrocknung geführt, so dass die effizienteste (heisseste) Erwärmung auf das trockenste Material gerichtet ist.
Gemäss einem weiteren Merkmal der Erfindung nimmt dabei der Druck auf das Material nach dem Erwärmen und vor dem nächsten Auspress- und Erwärmungszyklus ab.
Vorteilhafterweise ist weiters vorgesehen, dass die Wärmeenergie in den Materialstrom entgegen dessen Stromnchtung eingebracht wird, so dass die grösste Wärme auf das trockenste Material trifft.
Gemäss einem weiteren Erfindungsmerkmal wird das Material durch Hineinmischen des erwärmten befeuchteten Materials zumindest zum Teil in das trockenere Material eingebracht, wenn
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das Material zwischen den Auspresszyklen nicht unter Druck steht.
Die zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens verwendete Vorrichtung ist mit einer rotierenden Trommel und einer rotierenden Pressrolle ausgestattet und beinhaltet erfindungsgemäss noch eine Heizeinrichtung zum Erwärmen des auszupressenden Materials, wobei der Abschnitt am Einlassende der Pressrolle gegen die Heizeinrichtung abgeschirmt ist. Daher kann man den Energieverbrauch deutlich vermindern und doch das Material erwärmen und Wasser entfernen, um die Trennung der Flüssigkeit effizienter und das Material trockener zu machen, wobei die erste Pre- ssung des Materials ohne oder nur mit geringer Erwärmung nach Eintritt In die Vorrichtung sowie eine nachfolgende zumindest doppelte Pressung mit starker Erwärmung gewährleistet ist.
Nachdem das Material die Trommel in Abhängigkeit von den Materialeigenschaften, den Trommel- und Pressrollenabmessungen und der Neigung der Anordnung spiralförmig mit einer bestimmten Anzahl von Windungen durchläuft, kann die zumindest zweifache Pressung mit Erwärmung durch Einstellung der genannten Parameter sichergestellt werden.
Die Vorrichtung kann gemäss einem weiteren Merkmal der Erfindung eine Heizeinrichtung zum Erwärmen der Pressrolle aufweisen.
Vorteilhafterweise kann zusätzlich auch eine Vorrichtung zur direkten Dampferwärmung des Materials nach dem Vorpressen vorgesehen sein.
Dazu ist es besonders vorteilhaft, eine durch hindurchgeführten Dampf erwärmbare Pressrolle vorzusehen.
Gemäss einem weiteren Erfindungsmerkmal wird dabei der Dampf aus Richtung des Auslass- endes gegen das Einlassende der Pressrolle zugeführt.
Das Verfahren kann vor allem zum Trocknen von Schlamm verwendet werden, beispielsweise aus einer Reinigungsanlage, oder von Rinde. Natürlich kann das Verfahren auch zum Trocknen von anderem Material verwendet werden, beispielsweise von Zellstoff, Papierbrei oder Pulpe, wie in dem oben erwähnten SU Erfinderzertifikat 1005836 und in der Patentanmeldung FI 934 893 beschrieben ist.
Nachfolgend ist unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen eine bevorzugte Ausführungsform einer Vorrichtung beschrieben, die das erfindungsgemässe Verfahren verwendet. In den Zeichnungen zeigt Fig. 1 die Frontansicht einer Trommelpresse und Fig. 2 die zugehörige Seitenansicht.
Die Ausbildung von Trommelpressen ist auch schon vorbeschrieben, z. B. in den Patentanmeldungen FI 69207 und WO 94/10373. Nachfolgend sind lediglich der prinzipielle Aufbau der vorliegenden Trommelpresse und derjenigen Teile, die für die Erfindung wesentlich sind, kurz beschrieben.
Die Hauptbestandteile der Presse sind eine rotierende Trommel 1, eine in der Trommel exzentrisch angeordnete Pressrolle 2 und ein messerartiger Abstreifer (Rakel) 3, der das Material von der Innenfläche der Trommel 1 ablöst. Die Trommel 1 ist mit Öffnungen versehen, durch die die in der Zeichnung angedeutete und mit 300 bezeichnete Flüssigkeit das gepresste Material verlässt. Der Abstand zwischen der Pressrolle 2 und der Trommel 1 ist vorzugsweise einstellbar ausgeführt.
Die Trommelpresse kann so ausgebildet sein, dass entweder die Pressrolle 2, die Trommel 1 oder beide, die Pressrolle 2 und die Trommel 1, angetrieben sind.
Der Abstreifer 3 ist eine messerartige Klinge, die längs der Trommel 1 nach der Pressteile stationär angeordnet ist. Der Abstreifer 3 ist an beiden Enden am Pressengehäuse befestigt. Am Abstreifer 3 angebrachte Leitbleche 4 führen das Material in die gewünschte Richtung. Um das Material aus der Trommel 1 abzuleiten, sind die Pressrolle 2 und die Trommel 1 unter einem Winkel angeordnet, oder die Leitbleche 4 sind In einem Winkel gegen das Auslassende der Trommel angeordnet. Die Länge und die Neigung der Trommel 1 und die Anzahl der Leitbleche 4 und deren Winkel bestimmen, wie oft das Material gepresst wird, wenn es in einer spiralförmigen Umlaufbahn um die Pressrolle 2 durch die Trommel 1 läuft.
Die Pressrolle 2 ist im Ausführungsbeispiel mit einer Heizvorrichtung 5 ausgestattet. Diese wird vorzugsweise verwendet, um heissen Dampf durch die Pressrolle 2 hindurchzuführen. Dampf wird vorzugsweise aus der Richtung des Auslassendes 100 gegen das Einlassende 101 der Anordnung zugeführt. Dadurch erfolgt die Heizung gegen den Materialfluss. Wenn die Pressrolle 2 als Druckgefäss verwendet wird, was aus einem unten angeführten Grund häufig die am meisten bevorzugte Vorgangsweise ist, ist die Pressrolle 2 auch mit einer Vorrichtung zum Sammeln des Kondensates
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ausgestattet, im übrigen wird der Dampf durch Öffnungen in der Pressrolle 2 oder durch spezielle Dampfführungsdüsen austreten gelassen. Wenn die Pressrolle 2 Öffnungen hat, kann das Wasser durch diese in der entgegengesetzten Richtung abgelassen werden.
Nachfolgend wird vorausgesetzt, dass die Pressrolle 2 ein Druckgefäss ist.
Das Material 200, das gepresst werden soll, wird an einer Stelle 102 in die Trommel 1 zugeführt. Wenn es in den engen Rollenspalt eintritt und während es einem ansteigenden Druck ausgesetzt ist, wird das Material verhältnismässig schnell bis zu einer bestimmten TrockentsubstanzKonzentration entwässert, die in Hinsicht auf den Pressdruck und andere Eigenschaften der Pressung, und auf die Materialeigenschaften, insbesondere auch die Temperatur, möglich ist. Wenn das Material kalt ist, wird es nicht vollständig trocken, das meiste Wasser ist jedoch vollständig kalt, wenn es abgesondert wird. Je stärker das Material gegen die Pressrolle 2 gepresst wird, umso wirkungsvoller wird ihm die Wärme zugeführt. Kein Druck ist gegen die obere Fläche der Presswalze 2 gerichtet. Daher ist der Wärmeübergang am meisten wirksam nur an der engsten Pressteile 103.
Das Wasser, das an der Stelle 104 im Material verblieben ist, wird daher nicht bemerkenswert wärmer vor seinem Austritt.
Die Pressrolle 2 erwärmt das Material also an der engsten Pressteile 103. Der am meisten nasse Teil 201 des in der engsten Pressteile 103 getrockneten Materials liegt an der Pressrolle 2 an und wird daher am wirksamsten erwärmt. Wenn das Material dann die engste Pressteile 103 verlässt und zum nachfolgenden Pressen an der Stelle 105 gebracht wird, ist es nicht unter Druck und man kann, falls notwendig, es mischen oder auf andere Weise behandeln. Auf jeden Fall nimmt die Viskosität des im Material verbleibenden Wassers mit steigender Temperatur ab und das Wasser bewegt sich dann leichter durch das Material und durch die Trommel 1.
Auch die Bln- dungskräfte (insbesondere die Wasserstoffbindung zwischen dem Wasser und den Fasern), die zwischen dem Wasser und der festen Substanz des Materials bestehen, nehmen mit steigender Temperatur ab, was noch wirksamer hilft, das Wasser aus dem Material zu entfernen.
Wenn das Material einem anderen gleichartigen Presszyklus unterworfen wird, wird wiederum gleich viel des entfernbaren Wassers entfernt ohne wärmer zu werden, während anderseits das nach dem Pressen zurückbleibende Wasser wieder noch mehr erhitzt wird und auf diese Weise während des nächsten Pressvorganges noch wirksamer entfernt wird
Wenn das Verfahren so durchgeführt wird, dass die Pressrolle 2 ein Druckgefäss ist, bedeutet dies, dass so viel Dampf kondensiert, als der Schlamm Energie absorbieren kann, wenn er stufenweise trocknet. Es ist daher nicht möglich, überflüssige Energie zuzuführen, selbst dann nicht, wenn die Durchflussgeschwindigkeit des Materials sich ändern würde. Mann kann die Eigenschaften des Verfahrens dadurch kontrollieren, dass man den Abschnitt 21 am Einlassende 101 der Pressrolle 2 gegen die Dampfzufuhr vollständig abschirmt.
Dieser Abschnitt 21 wird dann nicht aufgeheizt. Eine andere Möglichkeit besteht darin, nach dem Vorpressen einigen Dampf unmittelbar in das Material einzuführen. Es braucht dann nur ein wenig Dampf zugeführt zu werden, weil das meiste Wasser schon entfernt wurde. Nach dieser direkten Dampfbehandlung wird das Verfahren wie oben beschrieben weiter fortgeführt.
Wenn die Absonderung von Wasser wirksamer wird, kann die gewünschte TrockensubstanzKonzentration unter Verwendung von weniger Presskraft und Ausrüstung erreicht werden. Bei Verwendung des oben beschriebenen mehrfachen Pressens sind die sich daraus ergebenden Vorteile oft vielfach
Das oben beschriebene Ausführungsbeispiel verwendete Dampf zur Aufheizung. Es ist aber auch die Aufheizung mit einer heissen Flüssigkeit, mit Elektrizität oder auf jede andere geeignete Art möglich.
Das Verfahren kann innerhalb des Rahmens der Patentansprüche auch bei anderen Ausfuh- rungen von Pressen angewendet werden. Die Trommelpresse ist jedoch eine bevorzugte Anwendung, weil : a) in der Trommelpresse wird das Material als dünne Matte und in einer verhältnismässig langen engen Pressteile gepresst, was die Aufheizung des Materials erleichtert (beispielsweise ist in einer Schraubenpresse die Matte dick und in einer Doppelrollenpresse die enge Pressteile ver- hältnismässig kurz) b) in der Trommelpresse wird das Material an sich dem ersten Pressvorgang ohne Erwärmung zugeführt
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c) in der Trommelpresse wird eine bevorzugte zyklische Druckvariation für das Verfahren ohne besondere Vorkehrungen an sich erreicht.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zum Trocknen von Materialien, insbesondere Schlamm oder Rinde, in einer
Presse, beispielsweise einer Trommel, Rolle, Doppelrolle, Schnecke, Kettenmatte oder
Siebtuchpresse, wobei das Material auch erwärmt wird, gekennzeichnet durch die Schritte, dass a) das Material zunächst ohne oder mit nur geringer Erwärmung ausgepresst wird, dass b) das Material sodann stark erwärmt wird, vorzugsweise in seinem feuchtesten Teil, dass c) das Material danach ausgepresst wird, und dass d) die Schritte b) und c) in dieser Rei- henfolge zumindest einmal wiederholt werden.