DE4231897A1

DE4231897A1 - Verfahren zur kombinierten thermischen Behandlung eines Produktes durch Mikrowellen und Konvektion und Anlage zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE4231897A1
Application number: DE19924231897
Authority: DE
Inventors: Edgar Dr Ing Brandauer; Wolfgang Dr Ing Poehler; Reinhard Dipl Ing Schulz; Dieter Dipl Ing Hirche
Original assignee: KRAFTWERK SCHLAMMTECHNOLOGIE U
Current assignee: SCHULZ VERFAHRENSTECHNIK GMBH, 16230 BRITZ, DE
Priority date: 1992-09-20
Filing date: 1992-09-20
Publication date: 1994-03-24
Anticipated expiration: 2012-09-21
Also published as: DE4231897C2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur kombinierten ther mischen Behandlung eines Produktes durch Mikrowellen und Konvektion.

Die Erfindung betrifft ferner eine Anlage zur Durchführung dieses Verfahrens, mit einem Öffnungen für die Zu- und Abführung eines Fluidums insbesondere von Luft, sowie Ein richtungen für die Zu- und Abführung eines Produktes, insbe sondere eines Schüttgutes, aufweisenden Gehäuses mit einer Saug- und Gebläseeinrichtung.

Die thermische Behandlung eines Produktes mittels Mikrowel lenbestrahlung ist hinlänglich bekannt. So geht aus der DE-OS 40 10 568 A1 eine bekannte Mikrowellentrockenstraße für Schnittholz hervor, bei der einzelne Bretter auf einem För derband durch einen Kanal laufen, in dem Mikrowellensender so angebracht sind, daß das durchlaufende Holz ununterbro chen den Mikrowellen ausgesetzt ist, wodurch es verhältnis mäßig schnell so erhitzt wird, daß das in den Brettern ent haltene Wasser gleichmäßig verdampft und somit eine Schnitt holztrocknung ohne direkte Wärmezufuhr von außen erfolgt. Nachteilig bei diesem Verfahren ist jedoch, daß die bei der Mikrowellenerzeugung anfallende verhältnismäßig hohe Abwär me ungenutzt bleibt.

Bekannt ist weiterhin, in einem Mikrowellen-Trocknungsofen ein Förderband derart einzusetzen, daß das Gut ohne Be einflussung der Hochfrequenz auf dem Förderband transpor tiert wird (DE-GM 67 53 667).

Bekannt ist ferner ein Verfahren und eine Anlage zum kontinuierlichen Trocknen eines Gutes in dem Trocknungs teil einer Trocknungsanlage durch Zuführen von Wärme mit tels eines gasförmigen Wärmeträgers auf das zu trocknende Gut, das auf mindestens einer bewegten Trocknungsbahn ausgebreitet und durch den Trocknungsteil befördert wird (DE-OS 34 14 853 A1). Der Wärmeträger wird hier in eine an den Trocknungsteil anschließende Druckkammer gefördert und von dieser auf die Trocknungsbahn geführt, wobei der Wärmeträger beim Übergang von der Druckkammer in den Trocknungsteil erwärmt wird.

Bekannt ist schließlich ein Verfahren zur indirekten Schlammtrocknung, insbesondere zur Trocknung von Abwäs serschlämmen (DE-OS 34 35 094 A1), wobei der Schlamm me chanisch vorentwässert und/oder vorgewärmt wird. Die Trocknung erfolgt schlammseitig bei Unterdruck, der durch Absaugen der Brüden mittels eines Einspritzkondensators erzeugt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde , ein Verfahren sowie eine Anlage zu dessen Durchführung gemäß der ein gangs erwähnten Art zur Verfügung zu stellen, bei dem bzw. der eine prozeßinterne Nutzung der bei der Mikrowel lenerzeugung anfallenden Abwärme auf einfache und effek tive Weise gegeben ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die bei der Mikrowellenerzeugung entstehende Abwärme zu der thermischen Behandlung des Produktes durch Konvektion genutzt wird.

Vorzugsweise wird die Abwärme bei der Mikrowellenerzeugung von einem Gasstrom aufgenommen, der in eine Behandlungs zone für das Produkt geleitet und dort gleichzeitig mit der Mikrowellenbestrahlung oder nachgeschaltet zur Mi krowellenbestrahlung zur thermischen Behandlung des Pro duktes sowie zur Brüdenabfuhr genutzt wird. Der Gasstrom kann als Inertgasstrom mit Brüdenabfuhr in einem geschlos senen Kreislauf realisiert werden. Der Gasstrom kann unter den Bedingungen der Außenatmosphäre in die Behandlungszo ne geleitet werden.

Vorzugsweise kann die Abwärme bei der Mikrowellenerzeugung von einem Kühlflüssigkeitsstrom aufgenommen werden, der wiederum seine Wärme im Wege der Wärmeübertragung an ei nen Luftstrom abgibt, der in die Behandlungszone geleitet wird und dort gleichzeitig mit der Mikrowellenbestrahlung oder vor- oder nachgeschaltet zu dieser zur thermischen Behandlung des Produktes sowie zur Brüdenabfuhr benutzt wird. Nach der thermischen Behandlung kann das Produkt vor Verlassen der Anlage einem Kühlluftstrom zur Tempera turabsenkung ausgesetzt werden. Der Behandlungsprozeß kann auch bei einem anderen als dem Umgebungsdruck durchgeführt werden.

Die erfindungsgemäße Anlage zeichnet sich aus durch die Kombination eines im Gehäuse angeordneten, von einer Luft- Strömung von unten nach oben durchsetzbaren Bandtrockners, von dem das Produkt durch die Anlage transportierbar ist, einer Vielzahl oberhalb des Bandtrockners im Abstand von diesem im Gehäuse angeordneter Magnetrone, zwischen denen Luftabführschlitze vorgesehen sind, und einer seitlich des Bandtrockners vorgesehenen Luftkanalführung, durch die der Zwischenraum zwischen dem Bandtrockner und der Einheit aus der Vielzahl der Magnetrone und dem Gehäusebereich unmit telbar unterhalb des Bandtrockners strömungstechnisch ver bunden sind.

Der Bandtrockner kann mehrstufig gestaltet sein. Vorzugs weise weist der Bandtrockner ein endloses Transportband auf, das aus zusammengesetzten, klappbaren Segmenten be steht, die in einem Gelenkrahmen schwenkbar gehaltert und über einen Hebelmechanismus zum Umlegen des Schüttgutes von einem oberen auf einen darunter liegenden Transport bandabschnitt einzeln aufklappbar sowie mit einem An drückmechanismus wieder zuklappbar sind.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die Anlage zu dessen Durchführung erweisen sich durch die Kopplung eines durch die Mikrowellen bedingten Energieeintrags mit einer kon vektiven Energiezufuhr hinsichtlich der Energieausnutzung bei der thermischen Behandlung des Produktes als beson ders effektiv. Das thermisch zu behandelnde Gut, das mit einer an die Mikrowellenstrahlung ankoppelnden Flüssig keit versetzt sein oder selbst ankoppeln kann, liegt in Form einer Schüttung, als Einzelteile o.a. auf einer ruhenden oder bewegten Auflage und wird durch die Mi krowellenstrahlung erwärmt, wobei gegebenenfalls Feuch tigkeit verdampft wird. Die gleichzeitig in vor- oder nachgeschalteten Stufen realisierte konvektive Behand lung erfolgt derart, daß der warme Gasstrom die durchläs sige Auflage und das darauf befindliche Produkt mit einer solchen Geschwindigkeit durch-, über- oder umströmt, daß es durch den Gasstrom nicht mitgerissen oder ausgetragen werden kann. Der Gasstrom kann sowohl im Saugzug als auch im Druckbetrieb durch die Anlage befördert werden.

Die Magnetrone wandeln die elektrische Energie mit einem Wirkungsgrad von etwa 60% in Mikrowellenstrahlung um. Die Verluste der Energieumwandlung, die sich in einer Er wärmung von Magnetronen und Transformatoren äußern, wer den durch ein Kühlmedium abgeführt. Je nach Bautyp der Magnetrone kann ein Gas- oder ein Flüssigkeitsstrom für die Kühlung genutzt werden. Durch geeignete Wärmeüberträger ist es möglich, die Wärme einer bevorzugt im Kreislauf zu nutzenden Kühlflüssigkeit ebenfalls auf einen Gasstrom zu übertragen, wodurch in jedem Fall ein warmer Gasstrom zur Verfügung steht. Durch die Nutzung dieses Gasstromes für eine zusätzliche konvektive Behandlung eines Produktes kön nen die Energieverluste der Mikrowellenerzeugung für den Behandlungsprozeß genutzt werden. Dabei ist es möglich, daß der warme Gasstrom bei entsprechender Gestaltung der Anlage mehrfach und schließlich auch zur Unterstützung der even tuell notwendigen Brüdenabfuhr im Bereich der Mikrowellen behandlung verwendbar ist.

Die Gasführung muß dabei in folgender Reihenfolge durch geführt werden:

1. Gasansaugung
2. direkte oder indirekte Kühlung der Magnetrone
3. Erwärmung / Konvektionstrocknung
4. Unterstützung der eventuell notwendigen Brüdenabfuhr
5. Gaskühlung und Brüdenauskreisung bei geschlossenem Kreislauf

Die 3. und 4. Stufe werden als eine Durch-, Über- oder Um strömung des Produktes realisiert. Dabei sollte der Gas strom so bemessen sein, daß möglichst wenig Gut mitgerissen wird. Der kombinierte Behandlungsprozeß kann sowohl konti nuierlich als auch diskontinuierlich betrieben werden. Bei kontinuierlichem Betrieb muß das zu behandelnde Produkt durch die verschiedenen Zonen der Anlage transportiert wer den, was bevorzugt mit einem Transportband geschieht.

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnungen erläutert. In diesen sind:

Fig. 1 eine schematische Aufrißansicht einer Ausführungs form der Anlage,

Fig. 2 eine weitere schematische Aufrißansicht durch die Anlage, die die Luftführung durch den Mi krowellen-Bandtrockner verdeutlicht, und

Fig. 3 ein Diagramm, aus dem in Gegenüberstellung der Trocknungsverlauf bei einer alleinigen Mikrowellentrocknung (Kurve 1) und bei einer Trocknung bei Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens (Kurve 2) hervorgeht.

Fig. 1 zeigt schematisch eine Anlage zur Durchführung des Verfahrens zur kombinierten thermischen Behandlung eines Schüttgutes 3 durch Mikrowellen und Konvektion. In einem Gehäuse 1 der Anlage ist ein zweistufiger Bandtrockner 2 angeordnet, der zwei übereinander lie gende, im Abstand und versetzt zueinander angeordnete Transportbänder 9 aufweist, deren Bewegungsrichtung (Pfeil A bzw. B) zueinander entgegengesetzt ist im Ab stand zum oberen Transportband 9 ist in dem Gehäuse 1 eine Vielzahl Magnetrone 4 angeordnet, zwischen denen jeweils eine Luftabführöffnung 5 vorgesehen ist. Das Gehäuse 1 weist Öffnungen 10 und 11 für die Zu- bzw. Abführung von Luft sowie einen Ein- und einen Abführ trichter 12 bzw. 13 für das Schüttgut 3 auf. Das Gut 3 wird am linken Ende 14 des oberen Transportbandes 9 über den Einführtrichter 12 des Gehäuses 1 zugeführt. Infolge der Bandbewegung gelangt das Schüttgut 3 in den Bereich der Mikrowellentrocknung. Die oberhalb der Gutschüttung angeordneten Magnetrone 4 bestrahlen das Schüttgut 3 stetig oder periodisch und erwärmen bzw. verdampfen im Schüttgut 3 enthaltendes Wasser. Am rechten Ende 15 des oberen Transportbandes 9 erfolgt die Übergabe des Schüttgutes 3 an das Transportband 9 des unteren Bandtrockners 2. Am linken Ende 16 des letzte ren wird das Schüttgut 3 über den Abführtrichter 14 des Gehäuses 1 aus der Anlage herausgeführt.

Aus Fig. 2 geht die Luftführung durch den zweistufigen Bandtrockner 2 am besten hervor. Die Luft tritt seitlich in den Bereich der Einheit aus der Vielzahl der Magnetro ne 4 ein und wird bei der dargestellten Ausführungsform direkt zur Kühlung der Magnetrone 4 genutzt. Über einen Luftkanal 6 seitlich der Transportbänder 9 gelangt die Warmluft in die Zone unterhalb des unteren Bandtrockners 2 und durchströmt dann die Transportbänder 9 der beiden Bandtrockner 2 und das auf den Transportbändern befindli che Schüttgut 3. Auf dem Transportband 9 des unteren Band trockners 2 erfolgt dabei eine reine Konvektionstrocknung als eine zweite Trocknungsstufe zur Entfernung der im Schüttgut 3 nach der Mikrowellentrocknung verbliebenen Restfeuchte. Danach gelangt die Luft zum oberen Transport band 9 und durchströmt im Bereich der Mikrowellentrocknung die Gutschüttung. Dabei erfüllt der Luftstrom einerseits die Unterstützungsfunktion für die Brüdenabfuhr, anderer seits kann durch ihn der Trocknungsprozeß in diesem Be reich beschleunigt werden. Die Abluft verläßt die Trock nungszone über die Abführöffnung 13 zwischen den Magne tronen 4 und gelangt in Falle eines Saugzug-Betriebs über nicht dargestellte Gebläse zu ebenfalls nicht gezeigten Reinigungs- bzw. anderen Abluftbehandlungseinrichtungen.

Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erzielbare Stei gerung des energetischen Wirkungsgrades der Anlage wird durch den Vergleich einer herkömmlichen Mikrowellentrock nung mit den kombinierten Mikrowellen- und Konvektions trocknung unter Einsatz eines zweistufigen Bandtrockners gemäß der Erfindung am besten demonstriert. Für den Ver gleich wurde ein herkömmlicher einstufiger Mikrowellen bandtrockner ohne Luftunterstützung mit gleichem Ener gieverbrauch wie bei der erfindungsgemäßen Anlage ver wendet, bei der die Energieverluste der Magnetrone 4 zur Erwärmung der Trocknungsluft benutzt wurden, so daß kei ne zusätzliche Energie zur Lufterwärmung benötigt wurde.

Der Bandtrockner war so dimensioniert, daß sich folgende Betriebsdaten ergaben:

Gutverweilzeit je Band: t = 1720 s
Luftgeschwindigkeit im freien Querschnitt: v = 0,47 m/s
Lufteintrittstemperatur: T = 70°C
Flächenspezifische Mikrowellenstrahlerleistung: P = 35 kW/m²

Aus dem Diagramm gemäß Fig. 3 gehen die Ergebnisse der Untersuchungen einer maßstabsgerechten Simulation dieses Trocknungsprozesses im Labormaßstab in Verbindung mit nachfolgender Tabelle hervor.

Tabelle

wobei x die Wassermasse im Gut (W) bezogen auf die Ge samtmasse (FG),
X die Wassermenge im Gut (W) bezogen auf die Trockenmasse (TG) und
ETA der Wirkungsgrad als Anteil der gebrauchten Verdampfungsenergie zum Energieverbrauch des Trockners sind.

Die Ergebnisse der experimentellen Untersuchungen belegen, daß durch die erfindungsgemäße Nutzung der Energieverluste der Magnetrone für den Trocknungsprozeß eine deutliche Steigerung der Effektivität erreicht wird.

Liste der Bezugszeichen

1 Gehäuse
2 Bandtrockner
3 Schüttgut
4 Magnetron
5 Luftabführöffnung
6 Luftkanal
7 Zwischenraum zwischen Magnetronen
und Bandtrockner
8 Gehäusebereich unterhalb des Band trockners
9 Transportband
10 Luftzuführöffnung
11 Luftabführöffnung
12 Einführtrichter
13 Abführtrichter
14 linke Ende des oberen Transportbandes
15 rechte Ende des oberen Transportbandes
16 linke Ende des unteren Transportbandes

Claims

1. Verfahren zur kombinierten thermischen Behandlung eines Produktes durch Mikrowellen und Konvektion, dadurch gekennzeichnet, daß die bei der Mikrowellener zeugung entstehende Abwärme zu der thermischen Behand lung des Produktes durch Konvektion genutzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abwärme bei der Mikrowellenerzeugung von einem Gasstrom aufgenommen wird, der in eine Behandlungszone für das Produkt geleitet und dort gleichzeitig mit der Mikrowellenbestrahlung zur thermischen Behandlung des Produktes sowie zur Brüdenabfuhr genutzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abwärme bei der Mikrowellenerzeugung von einem Gasstrom aufgenommen wird, der in eine Behandlungszone für das Produkt geleitet und vorgeschaltet zur Mikro wellenbestrahlung zur thermischen Behandlung des Pro duktes sowie zur Brüdenabfuhr genutzt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abwärme bei der Mikrowellenerzeugung von einem Gasstrom aufgenommen wird, der in eine Behandlungszone für das Produkt geleitet und nachgeschaltet zur Mikro wellenbestrahlung zur thermischen Behandlung des Pro duktes sowie zur Brüdenabfuhr genutzt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 2 bis 4, dadurch gekennzeich net, daß der Gasstrom als Inertgasstrom mit Brüdenab fuhr in einem geschlossenen Kreislauf realisiert wird.

6. Verfahren nach Anspruch 2 bis 4, dadurch gekennzeich net, daß der Gasstrom unter Außenatmosphäre in die Behandlungszone geleitet und zur thermischen Be handlung des Produkts sowie zur Brüdenabfuhr genutzt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abwärme bei der Mikrowellenerzeugung von ei nem Kühlflüssigkeitsstrom aufgenommen wird, der wie derum seine Wärme im Wege der Wärmeübertragung an ei nen Luftstrom abgibt, der in eine Behandlungszone ge leitet wird und dort gleichzeitig mit der Mikrowel lenbestrahlung oder vor- oder nachgeschaltet zur Mikrowellenbestrahlung zur thermischen Behandlung des Produktes sowie zur Brüdenabfuhr benutzt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeich net, daß nach der thermischen Behandlung das Produkt vor seiner Weiterverwendung einem Kühlluftstrom zur Absenkung seiner Temperatur ausgesetzt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die thermische Behandlung des Produktes bei einem zum Umgebungsdruck unterschiedlichen Druck durchge geführt wird.

10. Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 bis 9, mit einem Öffnungen für die Zu- und Abfüh rung eines Fluidums, insbesondere von Luft sowie Einrichtungen für die Zu- und Abführung eines Pro duktes, insbesondere eines Schüttgutes aufweisen den Gehäuses mit einer Saug- und Gebläseeinrichtung, gekennzeichnet durch die Kombination

- eines im Gehäuse (1) angeordneten, von einer Luftströmung von unten nach oben durchsetzbaren Bandtrockners (2) , von dem das Produkt (3) durch die Anlage transportierbar ist,
- einer Vielzahl oberhalb des Bandtrockners (2) im Abstand von diesem im Gehäuse (1) angeordne ter Magnetrone (4), zwischen denen Luftabführ schlitze (5) vorgesehen sind, und
- einer seitlich des Bandtrockners (2) vorgesehe ne Luftkanalführung (6), durch die der Zwi schenraum (7) zwischen Bandtrockner (2) und der Einheit aus der Vielzahl der Magnetrone (4) und der Gehäusebereich (8) unmittelbar unterhalb des Bandtrockners strömungstechnisch verbunden sind.

11. Anlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Bandtrockner (2) mehrstufig gestaltet ist.

12. Anlage nach Anspruch 10 und 11, dadurch gekenn zeichnet, daß der Bandtrockner (2) ein endloses Transportband (9) aufweist, das aus zusammenge setzten, klappbaren Segmenten besteht, die in ei nem Gelenkrahmen schwenkbar gehaltert und über ei nen Hebelmechanismus zum Umlegen des Schüttgutes von einem oberen auf einen darunter liegenden Transportbandabschnitt einzeln aufklappbar sowie mit einem Andrückmechanismus wieder zuklappbar sind.

13. Anlage nach Anspruch 10 bis 12, gekennzeichnet durch einen in sich geschlossenen Kreislauf für einen Inertgasstrom mit Brüdenabfuhr.