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Verfahren und Vorrichtung zur kontinuierlichen Trocknung von Gasströmen
Die Erfindung betrifft eine Trocknungsanlage für die kontinuierliche Trocknung von
Gasströmen.
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Für die Trocknung von Gasströmen werden hauptsächlich drei Verfahren
angewendet: Ausfrieren, Adsorption und Absorption.
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Beim Ausfrieren wird der zu trocknende Gasstrom durch einen Trockner
geleitet, der von einem Kältemittel auf die gewünschte Temperatur abgekühlt wird,
so daß sich die im Gas enthaltene Feuchte bis zu einem bestimmten Restgehalt als
Reif oder Eis auf dem Kühler abscheidet. Nach einergewissen Betriebszeit muß der
Trockner regeneriert, d. h. von dem abgeschiedenen Eis befreit werden; dies geschieht
normalerweise durch Erwärmen und Abtauen. Während des Abtauvorganges wird der zu
trocknende Gasstrom durch einen zweiten Trockner geleitet, der abwechselnd mit dem
ersten Trockner in Betrieb ist oder abgetaut wird. Dadurch wird ein kontinuierlicher
Betrieb der Trocknungsanlage ermöglicht. In den meisten Fällen benutzt man den zu
trocknenden Gasstrom auch als Wärmeträger für das Abtauen und leitet ihn nacheinander
durch den abzutauenden Trockner und den in Betrieb befindlichen Trockner.
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Ein Trockner ist nach dem Abtauen nicht sofort wieder einsatzbereit,
sondern muß erst vorgekühlt werden, ehe er wieder die Trocknung des Gasstromes übernehmen
kann. Während der Vorkühlperiode muß die Kältemaschine sowohl die Abkühlung des
Gases in dem einen Trockner als auch die Abkühlung des beim Abtauen erwärmten anderen
Trockners übernehmen.
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Wegen der ziemlich großen Wärmekapazität des meist aus Metall bestehenden
Trockners muß die Kältemaschine stark überdimensioniert werden, damit in der relativ
kurzen Vorkühlperiode der abgetaute Trockner wieder genügend tief abgekühlt wird.
Trotzdem ergibt sich in der Vorkühlperiode stets ein Anstieg der Temperatur des
im Trocknungsbetrieb arbeitenden Trockners, weil die Kältemaschine dann zwei Kühlstellen
statt einer Kühlstelle zu versorgen hat.
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Der Feuchtigkeitsgehalt des die Apparatur verlassenden Gases schwankt
also periodisch im Rhythmus der Kühlzyklen.
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Neben diesem Nachteil ergibt sich ferner die Notwendigkeit, den Kältemitteikreislauf
und den Gasstrom zeitlich versetzt umzuschalten und diese Regenerierperiode in eine
Abtauperiode und eine Vorkühlperiode zu unterteilen. Das bedingt einen erhöhten
Aufwand an Schaltmitteln und verteuert die Anlage.
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Bei der kontinuierlichen Trocknung von Gasströmen mit Adsorptions-
oder Absorptions-Trockenmitteln treten ähnliche Schwierigkeiten wie bei der Ausfriermethode
auf. Nach einer gewissen Betriebszeit muß das Trockenmittel regeneriert werden;
dies geschieht normalerweise durch Erhitzen mit Heißluft und Abscheidung des ausgetriebenen
Wasserdampfes in einem wassergekühlten Abscheider. Während des Regenerierens wird
der zu trocknende Gasstrom durch einen zweiten Trockner geleitet, der abwechselnd
mit dem ersten Trockner in Betrieb ist oder regeneriert wird. Dadurch wird ein kontinuierlicher
Betrieb der Trocknungsanlage ermöglicht. Man kann den zu trocknenden Gasstrom auch
als Wärmeträger für das Regenerieren benutzen und nacheinander durch den zu regenerierenden
Trockner, den gekühlten Abscheider und den in Betrieb befindlichen Trockner leiten.
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Ein Trockner ist nach dem Regenerieren nicht sofort wieder einsatzbereit,
sondern muß erst abgekühlt werden ehe er wieder die Trocknung des Gasstromes übernehmen
kann. In den meisten Fällen reicht die natürliche Abkühlung nicht aus, um den beim
Regenerieren hocherhitzten Trockner bis zur nächsten Arbeitsperiode genügend weit
abzukühlen. Bisher hat man deshalb eigene, in sich geschlossene und mit einem Kühler
versehene Gaskreisläufe für die Kühlung des regenerierten Trockners vorgesehen oder
nach der Umschaltung des Gaskreislaufes den Beginn der Regenerierung so lange verzögert,
bis der neu in Betrieb genommene Trockner durch das hindurchgeleitete Gas genügend
weit abgekühlt war. Trotzdem ergibt sich zu Beginn jeder neuen Arbeitsperiode stets
ein Anstieg der Feuchte des die Anlage verlassenden Gases; diese Erscheinung wird
außerdem durch die in den Rohrstücken der Anlage und im regenerierten Trockner sitzende
ungetrocknete Luft bewirkt. Der Feuchtigkeitsgehalt des die Apparatur verlassenden
Gases schwankt also periodisch im Rhythmus der Arbeitszyklen.
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Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur kontinuierlichen Trocknung
von Gasströmen, bei
dem der zu trocknende Gasstrom abwechselnd in
einem von zwei Trocknern getrocknet wird, während der andere Trockner regeneriert
wird, welches dadurch gekennzeichnet ist, daß der Gasstrom nach dem Verlassen des
Trockners auf eine annähernd konstante Temperatur gebracht und über ein Adsorptions-
oder Absorptions-Trockenmittel geleitet wird. Das Verfahren wird durchgeführt in
einer mit Kälte arbeitenden Gastrocknungsanlage, bei der die Vorkühlperiode entfällt,
der Kältemittelkreislauf und der Gasstrom gleichzeitig umgeschaltet werden und die
Feuchtigkeit des die Anlage verlassenden Gasstromes annähernd konstant gehalten
wird.
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In der Gastrocknungsanlage, bei der besondere, zur Kühlung von regenerierten
Trocknern dienende Gaskreisläufe entfallen können, beginnt die Regenerierung gleichzeitig
mit der Umschaltung des Gasstromes, und es wird die Feuchtigkeit des die Anlage
verlassenden Gasstromes konstant gehalten.
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Nach der Erfindung wird also das zu trocknende Gas nach dem Durchtritt
durch den gerade in Betrieb befindlichen Trockner auf eine annähernd konstante Temperatur
gebracht und dann über ein Adsorptions-oder Absorptionstrockenmittel geleitet. Bei
konstanter Temperatur besteht ein bestimmtes Gleichgewicht zwischen der Feuchtigkeitsbelastung
des Trockenmittels und dem Feuchtigkeitsgehalt des Gases. Sobald infolge der oben
geschilderten Umstände die Feuchtigkeit des austretenden Gases ansteigt, übernimmt
das nachgeschaltete Adsorptions- oder Absorptions-Trockenmittel zeitweilig die Trocknung,
bis der neu in Betrieb genommene Trockner genügend tief abgekühlt ist.
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Dann kommt wieder trockenes Gas aus der eigentlichen Trocknungsanlage
und nimmt die vom nachgeschalteten Trockenmittel aufgenommene Feuchtigkeit allmählich
mit sich, wobei sich die Beladung des nachgeschalteten Trockenmittels und die Gasfeuchtiglaeit
ihrem durch die Temperatur bestimmten Gleichgewichtsverhältnis annähern.
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Zweckmäßigerweise wird das nachgeschaltete Trockenmittel, z. B. Silikagel,
in eine rohrförmige Trockenpatrone gefüllt, so daß die mittlere Feuchtbeladung des
nachgeschalteten Trockenmittels vom Gaseintritt bis zum Gasaustritt gleichmäßig
abnimmt.
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Das Wechselspiel zwischen Feuchtigkeitsaufnahme und Feuchtigkeitsabgabe
vollzieht sich deshalb vorwiegend in derjenigen Trockenmittelzone, die am Gaseintritt
liegt. Es hat sich gezeigt, daß schon mit relativ kleinen Trockenpatronen und geringen
Mengen Trockenmittel die Schwankungen des Feuchtigkeitsgehaltes im Trockengas auf
einen kaum noch merklichen Wert absinken. Beispielsweise genügt bei einem Gasdurchsatz
von 10 m8!h eine nachgeschaltete Trockenpatrone mit einem Inhalt von 1 1. Die Trockenpatrone
kann aus durchsichtigem Material bestehen oder mit einem Fenster versehen sein,
so daß man bei Verwendung eines Trockenmittels mit Farbindikator den Zustand des
Trockenmittels beobachten und die Wirksamkeit der Trocknung kontrollieren kann.
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An Hand der Zeichnung soll nun eine erfindungsgemäße Gastrocknungsanlage
beschrieben werden.
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Es sind andere Ausführungsformen möglich, ohne den Rahmen der Erfindung
zu verlassen.
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In der gezeichneten Schaltstellung der normalerweise elektromagnetisch
betätigten Dreiwegeventile 1, 2 und 3 strömt das bei 4 eintretende feuchte Gas durch
eine Heizpatrone 5 und das erste Dreiwegeventil 1 in den rechten Kältetrockner 6,
passiert den Abscheider 7 und den zweiten Kältetrockner 8 und verläßt die Anlage
über das zweite Dreiwegeventil 2, den Wärmeaustauscher 9 und die Trockenpatrone
10.
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In dem dargestellten Betriebszustand wird der Kältetrockner 6 abgetaut.
Im Abscheider 7 sitzt ein Thermoschalter 11, der die Heizung der Heizpatrone5 abschaltet,
sobald der Abtauvorgang beendet ist und die Temperatur des Gases nach Passieren
des Kältetrockners 6 einen vorgegebenen Wert, beispielsweise 0° C, überschreitet.
Durch den Thermoschalter 11 wird verhindert, daß das Gas mit einer erhöhten Temperatur
in den eingeschalteten Kältetrockner 8 eintritt. Die Kühltemperatur wird in bekannter
Weise durch die Expansionsventile 12 und 13 geregelt, die von den Temperaturfühlern
14 und 15 gesteuert werden.
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Das im Abscheider 7 ablaufende Wasser wird über einen Siphon 16 abgeführt.
In der Zeichnung ist angenommen, daß die Anlage mit Unterdruck betrieben wird.
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In dem Wärmeaustauscher 9 wird das kalt abgehende Gas durch das Kühlwasser
des Verflüssigers 17 der Kühlmaschine21 auf eine annähernd konstante Temperatur
gebracht. Die Kühlwassertemperatur wird durch das vom Temperaturfühler 18 gesteuerte
Kühlwasserventil 19 in bekannter Weise annähernd konstant gehalten. Der Temperaturfühler
kann auch im Auslauf 22 des Wärmeaustauschers 9 oder in oder an der gasführenden
Verbindungsleitung zwischen dem Wärmeaustauscher 9 und der Trockenpatrone 10 angeordnet
sein.
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In der Trockenpatrone 10, die beispielsweise mit Silikagel oder Blaugel
(Silikagel mit Kobaltchloridfarbindikator) gefüllt ist, werden die Schwankungen
der Restfeuchtigkeit im getrockneten Gas ausgeglichen, so daß das Gas die Anlage
bei 20 mit praktisch konstantem Feuchtigkeitsgehalt verläßt.
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Nach einer bestimmten Betriebszeit, die am besten durch Versuche
ermittelt wird, werden die Dreiwegeventile 1, 2 und 3 gleichzeitig umgeschaltet.
Dieser Vorgang kann durch eine einfache Schaltuhr ausgelöst werden.