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Verfahren und Vorrichtung zum kontinuierlichen Trocknen körnigen oder
pulverförmigen Gutes Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum kontinuierlichen Trocknen
körnigen oder pulverförmigen Gutes, wobei die im Trockner gebildeten Schwaden abgesaugt,
in einem Kompressor verdichtet und einem Heizkörper dieses Trockners als Heizmittel
zugeführt werden.
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Die Trocknung körnigen oder pulverförmig gen Gutes erfolgt zur Zeit
in Verfahren, welche größere Arbeitsmengen verbrauchen, als der Wärmearbeit zum
Vterdampfen des zu entziehenden Wassers entspricht. Man hat bereits vorgeschlagen,
diese Verdampfungsarbeit dadurch zurückzugewinnen, daß man den erzeugten. Dampf
in einem Überdruckgerät nach Art der Wärmepumpe verdichtet und ihn darauf durch
eine Anlage strömen läßt, in der er kondensiert und den Aufwand an Wärme für da's
zu behandelnde Gut mit Hilfe einer Zwischenflüssigkeit zurückliefert.
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Wenngleich die Anwendung des Prinzips der Wärmepumpe es theoretisch
gestattet, die Trocknung des Gutes mit einem geringeren Aufwand an Wärmearbeit durchzuführen,
als der Verdampfungswärme des entzogenen Wassers entspricht, so ist doch ihre Anwendung
nur dann von praktischem Interesse, wenn sie zwischen zwei ausreichend nahe benachbarten
Temperaturen arbeitet, und für diesen Zweck ist es nötig, den Wärmeübergang unter
Bedingungen durchzuführen, die eine hohe Wärmedurchgangszahl
gewährleisten.
Darüber hinaus ist es vorteilhaft, bei industriellen Anlagen für die Behandlung
bedeutender Gutsmengen so wenig wie möglich Flüssigkeitsvolumen auftreten zu lassen.
Andererseits ist es wertvoll, bei -derartig großen Anlagen die Trocknung unter atmosphärischem
Druck durchzuführen, um die Schwierigkeiten der Abdichtung und anderer Maßnahmen
zu vermeiden, die sich ergeben, wenn man :die Trocknung im Vakuum durchführt.
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Ziel,der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum
Trocknen zu schaffen, welche die Rückgewinnung der Verdampfungsarbeit aus dem entzogenen
Wasser gestattet und ihre Ausnutzung zum Trocknen des behandelten Gutes unter Ermöglichung
der Durchführung des Wärmedurchgangs, mit hohen Wärmedurchgangszahlen und einer
möglichst geringen anfallenden Flüssigkeitsmenge im Verhältnis zur Guts-menge, wobei
diese Ergebnisse mrit Hilfe einer einfachen Anlage erreicht werden, welche keine
besonderen Abdichtungsmaßnahmen für den Behälter erfordert, in dem das Gut getrocknet
wird.
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Das Verfahren, welches nach der Erfindung diese Ergebnisse zuläßt,
besteht im wesentlichen darin, daß das bei Atmosphärendruck durch den Trockner wandernde
Gut in ummittelbarer Berührung mit dem Heizkörper steht, derart, daß der Heizdampf
beim Kondensieren die Wärme an das Gut abgibt, die zum Verdampfen des in ihm enthaltenen
Wassers nötig ist, wobei die Absaugurng der Schwaden mittels in das Gut hineinragender
Sammelleitungen erfolgt, derart, daß der Zutritt von Falschluft weitgehend vermieden
ist.
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Auf diese Weise gewinnt man die Verdampfungswärme des entzogenen:
Wassers weitgehend zurück und verbraucht nur eine geringe Menge äußerer Wärme, ohne
eine Zwischenflüssigkeit zwischen den Heizdampf und ,die zu trocknenden Stoffe einzuführen,
während die Erzielung einer hohen Wärmeübergangszahl infolge,der unmittelbaren Berührung
des Stoffes mit dem Heizkörper, in dem der Dampf kondensiert, es gestattet, eine
bedeutende Gutsmenge zu trocknen, ohne übermäßige Flüssligkeitsmengen in Umlauf
zu setzen. Die Wärme des aus der Kondensation des Heizdampfes stammenden Wassers
wird vorzugsweise zur Vbrerwärmung des der Trocknungsbeharndlung unterworfenen Gutes
verwendet. Während es bei den zur Zeit angewendetem. Verfahren nicht sehr vorteilhaft
erscheint, die fühlbare Wärme des nach der Trocknung ausgetragenen Gutes zurückzugewinnen,
weil diese Rückgewinnung mit Rücksicht auf den Gesamtarbeitsaufwand nur eine ziemlich
geringe Bedeutung hätte, geschieht,das um so mehr bei Anwendung des Verfahrens nach
der Erfindung wegen einer bedeutenden Herabsetzung dieses Arbeitsaufwandes. Daher
liegt ein vorteilhaftes, zusätzliches Merkmal der Erfindung darin, die fühlbare
Wärme aus dem auszutragenden Gut zurückzugewinnen, indem man es durch einen Behälter
laufen läßt, in welchem es durch Wasserumlauf gekühlt und das, gewonnene heiße Wasser
zusammen mit dem Kondenswasser des Heizwassers zur Vorerhitzung d es Trockengutes
verwendet wird.
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Nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung kommt das Gut nachdem
Durchgang durch die mit vom Kompressor kommenden dampfgespeisten Heizkörper des
Trockenteils zwecks völliger Trocknung in Berührung mit einem Heizkörper, der vorzugsweise
aus Überhitzerröhren gebildet -ist, die durch Dampf von höherem Druck und höherer
Temperatur gespeist werden, während der überschüssige Dampf aus diesem Nachtrockenheizkörper
im Anschluß daran in dem Heizkreislauf benutzt wird, der zunächst von dem Kompressor
gespeist wird.
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Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung
besteht darin, daß die Trocknungsbehandlung' einschließlich eventueller Vorerhitzung
und Abkühlung vor dem Ausstoß des, getrockneten Gutes in laufendem Arbeitsgang im
Innern, einer Säule stattfindet, die von dem Trockengut angefüllt ist, welches hier
mit regelbarem Durchsatz, ider eigenen Schwere folgend, zum Boden ,der Säule sinkt,
die von Wärmeaustauschflächen, bestehend aus vorzugsweise waagerechten, mit Heiz-
und Kühlflüssigkeiten gespeisten Röhren, durchsetzt ist.
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Die Trocknungsanlage kann an eine Kraftquelle angeschlossen sein,
welche die Energie zur Dampfverdichtung erzeugt. Die Abwärme dieser Anlage dient
zum Ausgleich der Wärmeverluste der Trocknungsanlage.
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Der Gegenstand der Erfindung ist besonders zur Trocknungsbehandlung
feuchter Mineralien anwendbar.
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Zum besseren Verständnis ist der Gegenstand -der Erfindung in einem
Ausführungsbeispiel an Hand von Zeichnungen beschrieben. Es zeigt Abb. i schematisch
eine Vorrichtung zur Aus@-führungdes Verfahrens mach der Erfindung und Abb.2 schematisch
eine Anlage mit einer vereinfachten Apparatur, die in bestimmten Ausführungsfällen
von Vorteil ist.
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Im Beispiel nach Abb. i durchläuft das, zu trocknenide Gut auf Grund
seines Eigengewichtes. einen Aufgabetrichter i, der das körnige Trockengut aufnimmt,
einen Vorwärmteil 2 mit Wasserumlaufheizung zum Erhitzen des Gutes bis nahe ioo-°;
C, einen Vortrockenteil 3 mit umlaufendem Dampf von höherer Temperatur, einen Nachtrockenteil
4 mit Dampfumlaufbeheizung von noch höherer Temperatur, einen Dampfvereiniger 5
mit Zustrom von Überdruckluft zum Zurückstauen des Dampfes, der das. Bestreben.
hat, zusammen mit dem austretenden Gut nach unten .gezogen zu werden, einen Kühlerteil
6 mit Umlaufwasserkühlung und schließlich einen. Austrag 7, aus dem das Gut durch
regelbare, gleichmäßig über den Baden 9 verteilte öffnungen8 austritt.
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Die Beheizung,des Vortrockenteils 3 erfolgt durch Dampfumlauf in Röhren,
welche den Behandlungsraum zwischen zwei einander gegenüberliegenden Wänden durchqueren.
In Odem dargestellten Ausführungsbeispiel wird der Dampf durch eine Leitung ii
in
eine Kammer 12 geführt, die längs einer der Wandungen der Vorrichtung angeordnet
ist und durch Röhren 13 mit d er Kammer 14 in Verbindung steht, die sich längs der
gegenüberliegenden Wandung erstreckt. Diese Kammer 14 steht durch Röhren,
15 mit der Auslaßkammer 16 für den nicht kondensierten Dampf in Verbindung.
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Auf Grund des Wärmeaustausches, der durch -die Wandungen der Röhren
13 hindurch zwischen dem Dampf im Innern der Röhren und dem Gut an ihrem
Äußeren stattfinde, kondensiert der Dampf im Innern der Röhren, während die Feuchtigkeit
des. Gutes verdampft. Der auf diese Weise gebildete Dampf, welcher Staub und eine
geringe Menge mitgerissener Luft enthält, wird in dem Sammler 17, in den gelochte
Röhren i8 oder andere Sammelleitungen, die in das Innere des Behandlungsraumes einmünden,
aufgefangen. Dieser Dampf läuft :durch eine Leitung i9 in einen, Staubabscheider
2o und wird dann in einem Kompressor 21 verdichtet, der ihn durch die Leitung i
i zurückdrückt. Der geringe nicht kondensierte Teil des Dampfes, der den Vortrockenteildurchläuft,
geht durch ein Drosselventil 22, das den gewünschten Überdruck im Innern der Röhren
13, 15 regelt. Nachdem dieser Dampf entspannt ist, wird ein Teil bei 23 in die Atmosphäre
abgeblasen, während der Rest in den Kompressor 2,1 zurückgelangt. Für das dargestellte
Ausführungsbeispiel ist arngenommen, daß der Kompressor 2,1 von einer von der Leitung
25 gespeisten Dampfturbine 24 angetrieben wird, während der Abdampf dieser Turbine
durch das Rohr 26 nach der Leitung i i abfließt.
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Der Nachtroclcenteil4 wird von Röhren durchquert, die den Röhren 13,
15 entsprechen und mit 27, 28 bezeichnet sind. Durch diese Röhren strömt
Dampf, der durch die Leitung 29 von außen zugeführt und bei 3o abgeleitet wird.
Der nicht kondensierte, abströmende Dampf geht in ein Drosselventil 31, das
den gewünschten Überdruck in den Röhren 27, 28 regelt, und der höher ist als der
in den Röhren, 13, 15. Am Ausgang des Drosselventils 31 tritt dieser
Dampf in den Heizumlauf des Vortrockenteils.
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Das Kondenswasser des Heizdampfes des Vortrockenteils wird durch eine
Leitung bei 32, das des Nachtrockenteils durch eine Leitung bei 33 aufgefangen,
und Pumpen 34, 35 führen das Kondenswasserder Leitungen 32, 33 durch eine Leitung
36 den Röhren 37 zu, welche -den Behandlungsraum im Vorwärmtei12 durchsetzen. Diese
Röhren erstrecken sich zwischen den Sammlern 38, 39, die längs gegenüberliegenden
Wänden der Vorrichtung liegen, wobei das heiße Wasser durch die Leitung 36 am Boden
des Erhitzers 2 ankommt, während das abgekühlte Wasser oben durch die Leitung 41
wieder abläuft. Ein Teil des kalten Wassers kann bei 42 abgelassen werden, während
der Rest durch eine Pumpe 43 wieder aufgenommen wird, um zum Boden des Kühlers 6
zurückgeführt zu werden, in dem es durch die Röhren 44 :strömt, die wie die Röhren
37 des Erhitzers angeordnet sind. Das erhitzte Wasser, das oben am Kühler abfließt,
wird ,dabei durch die Leitung 36, mit den Kondenswasserströmen der Pumpen 34 und
35 zusammen, zum Boden des Erhitzers zugeführt. Am unteren Ende des Teils 5, der'den
Kühler 6 vom Erhitzer 4 trennt, wird, z. B. durch eine Lage gelochter Röhren 45,
die im Innern der Säule in den behandelten Stoff hineinragen, verdichtete Luft eingeblasen.
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Der Aufgabetrichter i ist oben mit einem Schutzgitter versehen: und
enthält Stangen 46, :derart, daß die Zusammenballung des Trockengutes verhütet ist.
Diese Stangen verlaufen in einer Anordnung, ähnlich der,der Röhren 13, 15,
27, 28, 37, 44 und haben vorzugsweise auch eine gleiche äußere Form.
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Im folgenden wird die Arbeitsweise der dargestellten Vorrichtung beschrieben.
Das in den Trichter aufgegebene Trockengut füllt den ganzen Behälter und durchwandert
diesen auf Grund seines Eigengewichts, wobei der Durchfluß durch die Öffnungen 8
am Boden der Säule geregelt wird. Unterhalb des Aufgabetrichters erhitzt sich das
im allgemeinen mit Außentemperatur zugeführte Gut durch seine Berührung mit .den
Röhren 37 des Vorwärmteils 2 bis nahe iooa C, während das den Vorwärmteil im Gegenstrom
durchströmende Wasser mit einer Temperatur von etwa ioo° C zu- und mit einer ein
wenig über der Außentemperatur liegenden Temperatur abströmt.
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Der Vorwärmbeil 2 enthält eine Einrichtung zum Entziehen des Luft-Dampf-Gemisches,
das sich im Innern :der Gutssäule bildet, damit eine Erhöhung des Druckes mit der
Temperatur der in diesem Gut eingeschlossenen Gase verhütet wird. Das. im oberen
Teil :des Vorwärmers entzogene Luft-Dampf-Gemisch kann in :die Atmosphäre abgeblasen
werden, während das Luft-Dampf-Gemisch, das in tieferen heißeren Zonen, beispielsweise
bei mehr als 95° C, abge-saugt wird, zum Staubabscheider 2o geleitet wird.
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Das auf etwa ioo° C erhitzte Gut durchläuft dann den Trockenteil 3,
unmittelbar unterhalb des Vorwärmers, und ergießt sich um die Röhren i3, 15,
,die
vom Dampf beispielsweise von io5° C bei einem Druck von etwa i,2:ata durchströmt
werden. Das im Gut enthaltene Wasser wird dann, wie bereits erwähnt, verdampft,
und diese Verdampfung wird in dem Nachtrockenteil vollendet, der die Aufgabe hat,
die Trocknung bis. ins Herz des Gutes zu bewirken, damit spätere störende Kondensationen
im Kühler vermieden werden. Die Röhrendes Nachtrockenteils werden beispielsweise
von Dampf von I Io° C bei einem Druck von 1,4 ata durchströmt.
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Nach Durchschreiten des Dampfvereinigers 5 durchläuft das Gut den
Kühler 6, um dort auf eine Temperatur vort etwa der der Umgebung abzukühlen.
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Man läßt in,den Wasserumlaufkreisen des Vorwärmteils und des Kühlers
Mengen umlaufen, die den Wasseranteilen -des zu trocknenden bzw. -des getrockneten
Gutes entsprechen. Der Unterschied dieser beiden Wasseranteile entspricht etwa der
Summe -der Mengen des im Vortrocken- und im Nachtrockenteil kondensierten Wassers.
Indessen ist die Menge des kondensierten Wassers etwas
größer als
die Menge des Feuchtigkeitswassers des Trockengutes.
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Das Vorhandensein von Vorwärm- und Kühlteil ist nicht Voraussetzung
dafür, daß die Trocknungsanlage arbeitet, jedoch ist es wünschenswert, daß diese
Teile mit Rücksicht auf die von ihnen bewirkte Erhöhung der Wärmeersparnis nicht
fortfallen.
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Es ist selbstverständlich, daß die Ausführung alle notwendigen Nebenteile
enthalten kann, z. B. Antriebsteile, Dampferzeuger, Gestelle, Rohrleitungen, Behälter
sowie Überwachungs- und Regeleinrichtungen, die nötig sind, um die Einrichtung ordnungsgemäß
auszubilden. Außerdem ist zu bemerken, daß die Temperaturen und Drücke der umlaufenden
Flüssigkeiten von den als Beispiel angegebenen abweichen können.
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Es kann der Fall eintreten, daß man ein aus einer außerhalb der Anlage
liegenden Wärmequelle stammendes Heizmittel zur Verfügung hat.
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Dieses Heizmedium kann in einer großen Anzahl von Fällen sehr vorteilhaft
in der oben beschriebenen Anlage benutzt werden und hat eine entsprechende Abwandlung
der Einrichtungen zur Folge, die in einer erheblichen Vereinfachung durch Fortlassen
des 15berhitzers, des Dampfvereinigers und des Kühlers besteht.
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Nach der Erfindung ist im besonderen vorgesehen, daß man als Verdichter
für den Dampf äußerer Herkunft Teile der Heizstufe, der Verdampferstufe oder beider
Stufen benutzt.
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Die Beheizung des Vorwärmteils durch eine Flüssigkeit mit einer höheren
Temperatur als, der des nach Fig. i benutzten Heizwassers erlaubt es, die Berührungsflächen
zu vermindern, und das führt zu einer Herabsetzung von Gestehungspreis und Aufwand.
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Die Verwendung von elektrischer Energie hat den Vorteil, der Anlage
eine völlige Betriebsselbständigkeit zu geben.
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Die Abb.2t zeigt ein Anwendungsbeispiel der oben beschriebenen Vorrichtungen.
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Die aufeinanderfol.genden Stufen derTrocknungssäule, die von dem Trockengut
von oben nach unten durchlaufen werden, umfassen einen Aufgabetrichter 51, -der
dem nach Abb. i gleich ist, einen Vor-Vorwärmteil 52, der von dem Wasser erwärmt
wird, das im Verdampfer kondensiert ist, einen Nach-Vo@rwärmteil 53, der mit Fremddampf
beheizt wird, einen Trockenteil 54, entsprechend dem Trockenteil 3, und einen Austragtrichter
55, entsprechend dem Austrag 7.
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Bei der Abb. 2 ist angenommen, daß Fremddampf in Dampfkesseln, wie
56, erzeugt wird, welche Turbinen 57 mit Dampf speisen, diejenigen, welche Elektrogeneratoren
58 treiben. Der in diesen Generatoren erzeugte Strom dient zum Speisen derHilfsvorrichtungen
59, wie Behandlungsvorrichtungen und Sie@bereien, ebenso wie Motoren 6o, welche
die Kompressoren 6.1 treiben, die ,dazu bestimmt sind, den Dampf zu verdichten,
der unter einem Druck nahe dem Atmosphärendruck bei 62 dem Trockengut entzogen und
ebenso wie der nicht kondensierte Dampf, der ausdem Heizkörper durch dieLeitung
64 aus dem Nachwärmer 53 austritt, zum Einführen in den `Verdampfer 63 zurückgestaut
wird. Der Heizkörper wird mittels einer Leitung 65 durch den Abdampf der Turbinen.
57 gespeist.
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Das aus der Kondensation des Heizdampfes des Trockenteils 54 stammende
Wasser wird bei 66 aufgefangen. Ein Teil wird durch die Leitung 67 zurückgeführt,
um den Heizkörper,des Vor-Vorwärmteils 52 zu versorgen. Bei 69 ist die Abführung
des abgekühlten Wassers angedeutet, das aus dem Heizkörper des Vor-Vorwärmteils
stammt.
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Die Dampfkessel 56 können mit dem Kondenswasser,des Dampfes gespeist
werden, der zur Beheizung des Nachwärmers 53 benutzt wird, wobei dieses Wasser aus
dem Heizkörper des Erhitzers 70 stammt. Der Ausgleich wird unter Umständen
durch Wasser geschaffen, das bei 68 gewonnen wird.