CH655782A5 - Verfahren zur trocknung eines feststoffteilchen-nassgutes, mittel zur ausfuehrung und anwendung des verfahrens. - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Trocknung eines Feststoffteilchen-Nassgutes, wobei das Nassgut einem Fliessbetttrockner mit geschlossenem Dampf kreislauf zugeführt wird, die Feststoffteilchen den Fliessbetttrockner in fluidisiertem Zustand durchfliessen, wobei sie durch den dem Fliessbetttrockner im Dampf kreislauf zugeführten Dampf in der Schwebe gehalten und dabei getrocknet werden, und den Fliessbetttrockner als Trockengut verlassen, wobei das Nassgut vor seiner Zuführung zum Fliessbetttrockner durch Kondensation eines vom Dampfkreislauf abgezweigten Teiles des Abdampfes des Fliessbetttrockners an den Fest-stoffteilchen erhitzt wird. Weiter betrifft die Erfindung Mittel zur Durchführung dieses Verfahrens und eine besondere Anwendung des Verfahrens.
Ein Verfahren der eingangs genannten Art ist beispielsweise aus der DE-OS 2 943 528 bekannt. Dabei werden zum Begasen und Fluidisieren der zu trocknenden Feststoffteilchen-Schicht ausschliesslich die beim Trocknen entstehenden Gase benützt, die zu diesem Zweck im Kreislauf unter gleichmässiger Verteilung durch die fluidisierte Schicht getrieben werden. Durch den geschlossenen Dampfkreislauf wird gegenüber anderen vorbekannten Verfahren, bei denen der Abdampf nicht wieder verwendet wird, bereits eine erhebliche Energieeinsparung erreicht. Die überschüssigen, den Bedarf der Begasung übersteigenden Abgase oder Brüden und deren Energieinhalt gehen jedoch verloren. Auch wenn diese Abgase, wie vorbeschrieben, dem Nassgutstrom entgegengesetzt abgeführt werden, so ist damit nicht ohne weiteres eine bessere Energieausnützung verbunden.
Aus der DE-OS 2 943 558 ist bereits bekannt, bei einem Verfahren der eingangs genannten Art, die den Bedarf des Fluidisierens übersteigenden Abgase durch direkten Kontakt mit dem zu entwässernden Nassgut in einem Mischkondensator zu kondensieren, wodurch das Nassgut erwärmt wird. Anschliessend wird das erwärmte und mit dem Kondensat angereicherte Nassgut über eine Rohrleitung einem Dekanter zur mechanischen Entwässerung zugeleitet. In der Zeit der Überleitung in den Dekanter tritt jedoch ein Wärmeverlust ein, so dass die Energieausnützung noch nicht optimal ist. Ausserdem kann das Kondensat während der Überleitungszeit in poröse Feststoffteilchen eindringen und bleibt auch während des Dekantierens an den Feststoffteilchen haften und muss daher beim Trocknungsvorgang wieder entfernt werden.
Bei der Trocknung löslicher Substanzen, beispielsweise Natrium- oder Kalium-Chlorid findet während der Überleitungszeit bereits eine merkliche Lösung des Salzes statt, so dass ein Materialverlust resultiert. Das vorbekannte Verfahren liefert zwar für bestimmte zu trocknende Substanzen, z.B. Klärschlamm, gute Ergebnisse, ist jedoch für andere
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Materialien, beispielsweise poröse oder lösliche Substanzen ungeeignet. Ausserdem wird bei dem bekannten Verfahren das gesamte zu entwässernde Nassgut zunächst aufgewärmt, so dass dann das Filtrat den Dekanter in heissem Zustand verlässt und daher ein beträchtlicher Teil der durch Kondensation gewonnenen Wärmeenergie mit dem Filtrat wieder verloren geht. Weiterhin ist nachteilig, dass für die Kondensation und für die Vorentwässerung zwei getrennte Apparate verwendet werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die erwähnten Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden und ein Verfahren sowie ein Mittel zur Ausführung des Verfahrens zu schaffen, mit dem die Trocknung eines Feststoffteilchen-Nassgutstromes mit geringerem Apparate- und Energieaufwand und verbesserter Energierückgewinnung vorgenommen werden kann, ohne dass durch Lösung der Fest-stoffteilchen ein Materialverlust eintritt. Das Verfahren soll besonders zur Trocknung löslicher Feststoffteilchen, beispielsweise wasserlöslicher Salze geeignet sein.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass die Kondensation des abgezweigten Teiles des Abdampfes unter gleichzeitiger oder unmittelbar anschliessender Wiederabtrennung des Kondensates erfolgt. Diese Abtrennung des Kondensates kann z.B. einem Zentrifugalfeld oder mittels Absaugen unter Vakuum erfolgen. Energiemindernd wirkt dabei, dass nur ein bereits vorentwässertes Produkt aufgeheizt werden muss.
Ein Mittel zur Ausführung des Verfahrens ist gekennzeichnet durch einen Wärmeaustauscher, in welchem der Feststoffteilchen-Nassgutstrom durch direkten Wärmeaustausch mit einem vom Dampfkreislauf des Fliessbetttrockners abgezweigten Teil des Abdampfes unter Kondensation des Abdampfes und gleichzeitiger oder unmittelbar anschliessender Wiederabtrennung des Kondensates erhitzt wird.
Besonders zweckmässig ist die Ausbildung des Wärmeaustauschers als Zentrifuge, wobei die Kondensation des Abdampfes im Schleuderraum der Zentrifuge erfolgt, oder als Vakuum-Filter, bei dem das Kondensat mittels Vakuum abgesaugt wird.
Erfindungsgemäss kann das Verfahren speziell zur Trocknung löslicher Salze, beispielsweise Natrium- oder Kalium-Chlorid oder von Kohleschlamm angewendet werden.
Das erfindungsgemässe Verfahren und Mittel zur Ausführung des Verfahrens werden anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele beschrieben.
Fig. 1 zeigt das Schema einer Trocknungsanlage.
Fig. 2 zeigt eine als Wärmeaustauscher gestaltete Schubzentrifuge zur Verwendung in dieser Trocknungsanlage.
Fig. 3 zeigt ein weiteres Beispiel einer derartigen Schubzentrifuge.
Fig. 4 zeigt ein Vakuum-Trommelfilter zur Verwendung als Wärmeaustauscher in einer Trocknungsanlage.
Fig. 1 zeigt das Schema einer Trocknungsanlage, wie sie beispielsweise zur Trocknung von feinkörnigen, wasserlöslichen Salzen, z.B. Kalisalz (KCl), Kochsalz (NaCl), Phosphaten oder Kohleschlamm etc. verwendet werden kann.
Diese Trocknungsanlage arbeitet mit einem Fliessbetttrockner F, z.B. vom handelsüblichen Typ Escher Wyss FTW 1000, in einem geschlossenen Dampfkreislauf. Dabei wird dem Anströmboden 24 des Fliessbetttrockners F über eine Leitung 25 Dampf zugeführt, der eine Produktschicht fluidi-siert, in der ein mit Heissluft, Thermoöl oder Heissdampf gespiesener Wärmetauscher 26 zum Zwecke der Wärmezufuhr eingesetzt ist, wodurch das Produkt im Trockner auf die gewünschte Trocknungstemperatur, im Fall von Kalisalz z.B. 115°C, erhitzt wird. Nach Durchsetzen des Fliessbettes, in dem das zu trocknende Gut in der Schwebe gehalten wird, wird der mit Brüden angereicherte heisse Abdampf über die Leitung 27 abgeführt, durchströmt einen Staubabscheider S, einen Ventilator V und wird wieder in der Zuführungsleitung s 25 zurückgeführt, so dass ein geschlossener Dampfkreislauf 25-F-27-S-V-25 entsteht. Bei einer Trocknungsanlage dieser Art mit geschlossenem Dampfkreislauf ist die Energieausnützung bereits erheblich besser als bei konventionellen Anlagen, beispielsweise bei der üblichen konvektiven Trock-10 nung mit Heissluft. In dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Energiebedarf nun weiter vermindert, dadurch dass dem Fliessbetttrockner F ein Wärmeaustauscher vorgeschaltet ist, der gemäss den in den Figuren 2-3 dargestellten Schubzentrifugen ausgeführt ist. Der Zuleitung ls 2 dieser Wärmeaustauscher-Schubzentrifuge C wird ein Teil des Abdampfes 27 des Fliessbetttrockners F, der für die Aufrechterhaltung des Dampfkreislaufes nicht benötigt wird und überschüssig ist, über eine Abzweigleitung 28 und ein manuell oder automatisch, z.B. in Abhängigkeit vom Druck 20 im Fliessbetttrockner, steuerbares Dosierventil 29 zugeführt.
Das kalte und feuchte, zu trocknende Nassgut wird nun, z.B. mit einer Temperatur von 15°C, dem Wärmeaustauscher C über den Produkteintrag 3 zugeführt und in diesem durch Kondensation der über die Zuleitung 2 zugeführten Brüden 2s in dessen Kontaktraum erhitzt, wobei das Kondensat sofort wieder abgeschleudert wird, ohne in die Feststoffteilchen eindringen und diese lösen zu können. Zufolge der Ausbildung der Schubzentrifuge findet dabei zusätzlich eine Entwässerung statt, so dass das Trockengut den Wärmeaustauscher C 30 über den Produktaustrag 5, z.B. im Fall der Kalisalztrocknung mit einer Temperatur von ca. 100°C und einem Wassergehalt von 3-4% verlässt und dem Fliessbetttrockner F zugeführt wird. Nach Durchfliessen des Trockners F verlässt es diesen als Trockengut im gewünschten trockenen und fein-35 körnigen Zustand mit ca. 115°C, wobei dann noch eine Kühlstufe nachgeschaltet sein kann.
Bei einem Beispiel zur Trocknung von Kalisalz (KCl) werden 87,51 KCl mit 6% Wassergehalt und 15°C pro Stunde zugeführt. Der Fliessbetttrockner vom Typ FTW 1000 wird 40 mit Sattdampf von 210°C beheizt. Bei einer Energieaufnahme von 3,094 Gcal oder 12,93 GJ werden pro Stunde im Fliessbetttrockner 5,171 Wasser verdampft. Davon werden in einer Wärmeaustauscher-Zentrifuge gemäss Figur 3 pro Stunde 3,6711 wieder kondensiert, wobei eine Wärmemenge 45 von 1,978 Gcal oder 8,26 GJ umgesetzt wird. Als Endprodukt erhält man pro Stunde 82,31 KCl mit 0,1% Wassergehalt.
Bei einem konventionellen Trocknungsverfahren ohne Dampf kreislauf wären für die Trocknung mittels Heizgas von 550°C der gleichen Menge Kalisalz 5,9 Gcal oder so 24,66 GJ erforderlich. Demgegenüber ergibt sich mit dem erfindungsgemässen Beispiel also eine Energie-Einsparung von 47,5%.
Gegenüber einem Trocknungsverfahren mit geschlossenem Dampfkreislauf, aber ohne Wärmerückgewinnung 55 aus einer Brüdenkondensation, für das unter äquivalenten Bedingungen 5,07 Gcal oder 21,19 GJ pro Stunde erforderlich wären, beträgt die Energie-Einsparung immer noch 39%.
Ausserdem ist der apparative Aufwand vermindert, da für 60 die Wärmerückgewinnung und Vorentwässerung keine getrennten Apparate erforderlich sind, sondern beide Schritte im gleichen Wärmeaustauscher vorgenommen werden.
Dabei können in einer Trocknungsanlage beschriebener 65 Art Wärmeaustauscher verschiedener Ausführung verwendet werden. Im folgenden werden einige besonders zweckmässige und vorteilhafte solcher Wärmeaustauscher beschrieben.
Der in Fig. 2 dargestellte Wärmeaustauscherweist ein
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Gehäuse 1 auf, in welches eine Zuleitung 2 für Dampf und eine Zuleitung 3 für Feststoffteilchen mündet. Aus dem Gehäuse 1 führt eine Ableitung 4 für Kondensat des Dampfes und eine Ableitung 5 für die Feststoffteilchen heraus. Eine Leitung 6 dient für die Entlüftung des Gehäuses 1. In einem im Gehäuse 1 liegenden Kontaktraum 7 kreuzt sich der durch die Zuleitung 2 eingetretene Dampfstrom mit dem Feststoffteilchenstrom, wobei Dampf an den Feststoffteilchen kondensiert.
In dem Wärmeaustauscher ist eine Schleudervorrichtung 8 mit einem Schleuderraum 9 für die Feststoffteilchen vorgesehen. In diesem Schleuderraum 9 wird Kondensat des Dampfes von den Feststoffteilchen abgeschleudert. Dabei ist der Schleuderraum 9 im Bereich des Kontaktraumes 7 angeordnet, so dass die Abschleuderung des Kondensates während der Kondensation sofort nach der Wärmeabgabe stattfindet und das Kondensat nicht in die Feststoffteilchen eindringen oder diese lösen kann.
Die Schleudervorrichtung 8 ist in Form einer Schubzentrifuge mit einer Siebtrommel 10, einer Siebtrommel 11, einem Schubboden 12 und einer Leitwand 13 ausgebildet. Die Siebtrommel 11, der Schubboden 12 und die Leitwand 13 sind mit einer Scheibe 14 einer Hohlwelle 15 verbunden. Die Siebtrommel 10 ist mit einer Scheibe 16 einer in der Hohlwelle 15 gelagerten Welle 17 verbunden. Die Hohlwelle 15 rotiert in Achsrichtung unverschieblich, während die Welle 17 mit gleicher Drehzahl wie die Hohlwelle 15 rotiert, dabei aber in Achsrichtung der Siebtrommeln 10,11 hin- und herbewegt wird. Durch die Relativbewegung zwischen dem Schubboden 12 und der Siebtrommel 10, bzw. zwischen der Siebtrommel 10 und der Siebtrommel 11 wird der Feststoffteilchenstrom über das Innere der Siebtrommel 10,11 hin in Achsrichtung der Siebtrommel fortbewegt.
Der Kontaktraum 7 ist auf seiner einen Seite durch die Leitwand 13 begrenzt. Auf der anderen Seite des Kontaktraums 7 liegt eine Trennwand 18, die einen Teil des Innenraumes der Siebtrommeln 10,11 von einem in die Ableitung 5 mündenden Austrittsraumes 19 für die Feststoffteilchen mündet. Der vor der Leitwand 13 und der hinter der Trennwand 18 (jeweils in Fortbewegungsrichtung der Feststoffteilchen) liegende Teil des Schleuderraumes 9 liegt ausserhalb des Kontaktraumes 7.
Beim Ausführungsbeispiel nach Figur 3 ist der Innenraum der Siebtrommeln 10,11 in Achsrichtung durch eine weitere Trennwand 20 unterteilt, so dass in Fortbewegungsrichtung der Feststoffteilchen vor dem Kontaktraum 7 ein weiterer Schleuderraum 21 vorhanden ist, in dem eine Vorentwässerung stattfindet. Leitung 22 dient zur Belüftung des Schleuderraumes 21, Vorteilhaft hierbei, dass weniger Material durch Kondensation erhitzt wird und daher die Aufheizung stärker ist und dass weniger Wärmeenergie mit dem Filtrat verlorengeht.
Vor den Wärmeaustauschern nach Figur 2 oder 3 kann mit Vorteil eine Vorrichtung zur Vorentwässerung vorgesehen sein, z.B. ein Bogensieb. Die Brüden-Kondensation kann dabei, mindestens teilweise, schon im Bogensieb oder im Produkteintrag des Wärmeaustauschers stattfinden, so dass eine längere Zeit für die Wärmeaufnahme zur Verfügung steht. Dies kann bei wenig löslichen Produkten, z.B. Kohleschlamm, von Vorteil sein.
Fig. 4 zeigt in schematischer Darstellung ein Vakuum-Filter VF, welches ebenfalls als Wärmeaustauscher geeignet ist. Es weist eine in einer Wanne 30 rotierende Siebtrommel 31 auf, auf deren Aussenseite das Nassgut über eine Zuführung 3 aufgebracht wird. In Rotationsrichtung der Siebtrommel 31 folgend, wird auf diese auf der Trommel aufliegende Nassgutschicht S über eine Rohrleitung 2 der überschüssige Abdampf des Fliessbetttrockners geleitet, wobei die Brüden an den Feststoffteilchen des Nassgutes kondensieren. Mittels einer Vakuumsaugleitung V in der Achse der Siebtrommel 31 wird das Kondensat und ein Teil der Flüssigkeit des Nassgutes durch die Siebtrommel 31 hindurch von der Innenseite der Trommel her abgesogen. Der entwässerte, jedoch noch etwas feuchte Feststoffkuchen wird dann von der Siebtrommel über den Feststoffaustrag 5 abgenommen und dem Fliessbetttrockner zugeleitet.
Statt eines Vakuum-Trommelfilters kann beispielsweise auch ein Vakuum-Bandfilter verwendet werden oder ein anderer Vakuumtrockner, in dem eine Brüden-Kondensation unter gleichzeitiger Absaugung des Kondensats möglich ist. Auch andere Zentrifugentypen können Verwendung finden, soweit sie sich für eine gleichzeitige oder unmittelbar aufeinanderfolgende Kondensation von zugeleiteten Brüden und Abschleuderung des Kondensates eignen. Auch andere Typen von Wärmeaustauschern sind verwendbar, in denen die beiden Verfahrensschritte fast gleichzeitig erfolgen können.
Das erfindungsgemässe Verfahren eignet sich besonders für die Trocknung löslicher Salze, wie KCl oder NaCl, ist jedoch nicht darauf beschränkt, sondern ist auch bei anderen Produkten, die Trocknungstemperaturen von 100°C und darüber gestatten, beispielsweise Phosphate, Kohleschlamm etc., mit Vorteil anwendbar. Statt Wasserdampf können auch andere Dämpfe oder Brüden Verwendung finden, z.B. Alkohol und andere organische Lösungsmittel in der Kunststoff-, z.B. Polypropylen- oder Polyäthylen-Fabrikation, soweit die Produkte eine Reduktion des Lösungsmittelgehaltes in einer Zentrifuge gestatten.
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Claims (16)
1. Verfahren zur Trocknung von Feststoffteilchen-Nassgut, wobei das Nassgut einem Fliessbetttrockner mit geschlossenem Dampf kreislauf zugeführt wird, die Feststoffteilchen den Fliessbetttrockner in fluidisiertem Zustand durchfliessen, wobei sie durch den dem Fliessbetttrockner im Dampfkreislauf zugeführten Dampf in der Schwebe gehalten und dabei getrocknet werden und den Fliessbetttrockner als Trockengut verlassen, wobei das Nässgut vor seiner Zuführung zum Fliessbetttrockner durch Kondensation eines vom Dampf kreislauf abgezweigten Teiles des Abdampfes des Fliessbetttrockners an den Feststoffteilchen erhitzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Kondensation unter gleichzeitiger oder unmittelbar anschliessender Wiederabtrennung des Kondensats erfolgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Nassgut vor der Kondensation vorentwässert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kondensation des Abdampfes an den Feststoffteilchen und die Abtrennung des Kondensats von den Feststoffteilchen in einem Zentrifugalfeld vorgenommen wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kondensation des Abdampfes und die Abtrennung des Kondensats im gleichen Schleuderraum einer Zentrifuge vorgenommen wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtrennung des Kondensats von den Feststoffteilchen mittels Absaugen unter Vakuum vorgenommen wird.
6. Mittel zur Ausführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1-5, gekennzeichnet durch einen von dem Feststoffteilchen-Nassgut vor der Trocknung im Fliessbetttrockner durchströmten Wärmeaustauscher (C) zum direkten Wärmeaustausch zwischen dem Feststoffteilchen-Nassgut-strom und einem vom Dampfkreislauf des Fliessbetttrockners (F) abgezweigten Teil des Abdampfes des Fliessbetttrockners unter Kondensation dieses Abdampfes an den Feststoffteilchen und gleichzeitiger oder unmittelbar anschliessender Wiederabtrennung des Kondensats von den Feststoffteilchen.
7. Mittel nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeaustauscher (C) eine Schleudervorrichtung (8) enthält, die einen Schleuderraum (9) für die Feststoffteilchen aufweist, in welchem das Kondensat des Abdampfes von den Feststoffteilchen abgeschleudert wird.
8. Mittel nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Schleuderraum (9) in dem Bereich angeordnet ist, in dem die Kondensation des Abdampfes an den Feststoffteilchen erfolgt.
9. Mittel nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Schleuderraum (9) in Fortbewegungsrichtung des Feststoffteilchen-Nassgutes unmittelbar nach einem Kontaktraum (7) angeordnet ist, in welchem die Kondensation des Abdampfes an den Feststoffteilchen erfolgt.
10. Mittel nach einem der Ansprüche 7-9, dadurch gekennzeichnet, dass die Schleudervorrichtung (8) als Schubzentrifuge mit einer Siebtrommel (10,11) mit einer Drehachse ausgebildet ist, auf der die Feststoffteilchen mittels einer Schubvorrichtung (12) in Achsrichtung der Siebtrommel fortbewegt werden.
11. Mittel nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktraum (7) im Innern der Siebtrommel (10,11) angeordnet ist.
12. Mittel nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeaustauscher (C) als Vakuum-Filter (VF) ausgebildet ist, auf dessen eine Seite das Feststoffteilchen-Nassgut aufgebracht wird, auf das anschliessend der Abdampf geleitet wird, und von dessen anderer Seite das Kondensat mittels Vakuum abgesaugt wird.
13. Mittel nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Vakuum-Filter (VF) eine rotierende Filtertrommel (31) aufweist, auf deren Aussenseite das Fremdstoffteilchen-Nassgut (S) aufgebracht wird und von deren Innenseite das Kondensat unter Vakuum abgesaugt wird.
14. Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1-5 zur Trocknung löslicher Salze.
15. Anwendung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das zu trocknende Salz Natrium- oder Kalium-Chlorid ist.
16. Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1-5 zur Trocknung von Kohleschlamm.
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Representative=s name: SULZER MANAGEMENT AG |
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| PL | Patent ceased |