DE1241366B - Verfahren und Vorrichtung zum Waermeangleich zwischen unterschiedlicher Trocknungsluft einer Trocknungsanlage - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zum Waermeangleich zwischen unterschiedlicher Trocknungsluft einer TrocknungsanlageInfo
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Description
- Verfahren und Vorrichtung zum Wärmeangleich zwischen unterschiedlicher Trocknungsluft einer Trocknungsanlage Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Wärmeangleich zwischen einerseits frischer, noch feuchter und andererseits entfeuchteter Trocknungsluft für eine mit Luft von höchstens 60° C betriebene Trocknungsanlage, bei dem als Luftentfeuchter periodisch vertauschbare Adsorptionspackungen zum Rückgewinn der Wärme aus diesen Wärmespeichern und als Wärmeangleicher die Doppelwand des Trockners mit wärmespeichernder Zwischenwand dienen.
- Im Trocknerbau ist es einerseits bekannt, einen Temperaturaustausch zwischen der den Trockner verlassenden feuchten Abluft und der in den Trockner eintretenden Frischluft gegebenenfalls über einen zwischen beide Luftströme eingesetzten Wärmetauscher oder auch periodisch vertauschbare Wärmespeicher zum Zweck einer Wärmerückgewinnung aus der Abluft vorzunehmen. Weiterhin ist es im Trocknerbau bekannt, zur Aufbereitung der Frischluft diese durch periodisch gegeneinander vertauschbare Adsorptionspackungen zu leiten und ebenfalls eine Wärmerückgewinnung aus der die Adsorptionspackung verlassenden Luft durch periodisch gegeneinander vertauschbare Wärmespeicher vorzunehmen. Die Lufttrocknung erfolgt bei derartigen Anlagen mit Hilfe von Adsorptionsmitteln, z. B. Kieselgel oder Molekularsieben. Eine Packung eines solchen Adsorptionsmittels kann etwa 5 bis 6 Stunden lang der durch die Packung geleiteten Luft Wasser entziehen. Danach ist eine Regenerierung der Packung von etwa gleicher Zeitdauer durch Durchleiten von Heißluft mit konstanter Temperatur je nach Adsorptionsmittel im Bereich von 150 bis 300° C erforderlich.
- Die Erfindung geht von der letzterwähnten Anordnung aus. Sie ist besonders für solche Trocknungsanlagen bestimmt, in denen ganz erhebliche Luftmengen erwärmt oder gekühlt werden müssen und eignet sich insbesondere dann gut zur Luftaufbereitung, wenn die erforderlichen Temperaturunterschiede zwischen Frischluft und Trocknungsluft verhältnismäßig gering sind, z. B. etwa 40° C, also bei Verwendung von Trocknungslufttemperaturen im Bereich von 60° C.
- Bei solchen Anlagen ist es nach der Erfindung möglich, fast ohne zusätzliche energieverbrauchende Wärmetauscher für die Trocknungsluft auszukommen, da ein Temperaturausgleich sowohl innerhalb der über eine Tag- und Nachtperiode unterschiedlichen Temperatur der Außenluft als auch innerhalb der die Adsorptionspackung im Lauf jedes Entfeuchtungszyklus mit wechselnder Temperatur verlassenden Trocknerzuluft in unabhängig voneinander wirksamen, wärmespeichernden Hohlräumen zwischen den Trocknerwänden erfolgt.
- Aufgabe der Erfindung ist es somit, durch Einbeziehung des Trocknergehäusesin den Trocknungsluftkühl- und -aufwärmvorgang die Einhaltung einer konstanten Trocknungslufteintrittstemperatur bei Tag- und Nachtbetrieb und über die Zeit des jeweiligen Zyklus der Lufttrocknung bzw. der Regenerierung des Trocknungsmittels ohne oder nur mit geringfügiger und kurzfristiger Nachheizung oder Kühlung der Trocknungsluft zu erreichen. Es sollen möglichst wenig zusätzliche Baueinheiten für die Wärmerückgewinnung und Lufttrocknung erforderlich sein. Das wird durch einen mehrfachen Ausgleich im Inneren der Trocknergehäusewand erreicht. Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß bei dem eingangs genannten Verfahren in jeder Periode der Lufttrocknung die Frischluft für die Trocknung vor ihrem Einleiten in eine Adsorptionspackung durch den Hohlraum zwischen der Trockneraußenwand und der Zwischenwand geleitet wird und dieselbe nach Verlassen der Adsorptionspackung entfeuchtete Trocknungsluft vor Einleiten in den Trockner den Hohlraum zwischen Trocknerinnenwand und Zwischenwand durchströmt. Bei diesem Durchströmen gibt die Luft an die Wände jedes Hohlraumes entweder Wärme ab oder nimmt Wärme auf.
- Bei diesem Verfahren werden zur Gewinnung einer über den ganzen Tag, also 24 Stunden lang, Bleichhoch temperierten Trocknungsluft zwei Erscheinungen ausgenutzt, nämlich einerseits der Temperaturunterschied der Außenluft zwischen Tag und Nacht und andererseits die Tatsache, daß sich die Temperatur einer zur Lufttrocknung eingesetzten Adsorptionspackung im Lauf des bereits genannten Zyklus von 5 bis 6 Stunden von etwa 15 bis 20° C auf etwa 40 bis 50° C erhöht. Durch das Durchsaugen der Frischluft durch den äußeren Hohlraum der Trocknerdoppelwand während der Nacht kühlt sich die wärmespeichernde Zwischenwand sowie die ebenfalls wärmespeichernde Trockneraußenwand so weitgehend ab, daß die der Adsorptionspackung zugeführte Frischluft den ganzen Tag die höchst zulässige Temperatur von 20° C nicht überschreitet. Je niedriger die Temperatur der in die Packung geleiteten Luft ist, desto besser ist die Lufttrocknungswirkung der Packung. Im ersten Zeitabschnitt der Lufttrocknung verläßt die getrocknete Luft die Packung im Mittel etwa mit einer Temperatur von 25° C. Im vorhergehenden Zyklus wurde die Trocknerinnenwand an der Hohlraumseite durch die die Packung maximal mit 50° C verlassende Luft auf etwa 45° C im Mittel aufgewärmt. Infolgedessen wird die im ersten Abschnitt der Lufttrocknung in diesen Hohlraum eingeführte Luft etwa auf 35° C erwärmt, mit welcher Temperatur sie in den Trockner eintritt. Im zweiten Abschnitt der Lufttrocknung verläßt die Luft die Packung im Mittel etwa mit 35° C und trifft auch im Hohlraum des Trockners auf eine Trocknerinnenwand von 35° C mittlerer Temperatur. Im letzten Teilabschnitt der Lufttrocknung verläßt die Luft die Packung mit einer mittleren Temperatur von 45° C. Sie gibt dann Wärme an die vorher auf etwa 30° C abgekühlte Trocknerwand ab, so daß die selbst wiederum mit etwa 35° C in den Trockner eintritt, nachdem sie vorher wieder die Trocknerinnenwand auf höhere Temperatur aufgewärmt hat. Danach beginnt der gleiche Vorgang mit Durchleiten der Frischluft durch eine zweite inzwischen regenerierte Adsorptionspackung.
- Eine Regelungsmöglichkeit dieses Verfahrens ergibt sich dadurch, daß man durch Zickzackführung der Zwischenwand, wodurch auch eine größere Speichermöglichkeit geschaffen wird, den Zwischenraum zwischen den Trocknerwänden in einzelne Zellen unterteilt, so daß man durch Führung und Mengeneinstellung der Luftströme in den einzelnen Zellen den Wärmetausch beeinflussen kann. Man kann also weitgehend unabhängig von der Außentemperatur auch andere Trocknungslufttemperaturen als die im vorstehenden nur beispielhaft genannte von 35° C erreichen. Für extreme klimatische Verhältnise oder Anforderungen an die Temperatur der Trocknungsluft (z. B.18° C für die Buttertrocknung) kann in der Frischluftleitung vor der Adsorptionspackung und vor der Lufteinführung in den Trockner je ein Wärmetauscher zum wahlweisen Kühlen oder Heizen vorgesehen sein. Diese erübrigen sich jedoch in vielen Fällen oder sind nur ganz kurzfristig während eines Zyklus in Betrieb zu nehmen.
- Besonders in der heißen Jahreszeit oder in heißem Klima kann noch eine bessere Kühlung der Wände des äußeren Hohlraumes erreicht werden, wenn auch die Frischluft für die Regenerierung der Adsorptionspackungen vor ihrem Aufheizen in einem Wärmetauscher durch diesen äußeren Hohlraum zwischen Trockneraußenwand und Zwischenwand geführt wird.
- Die Zeichnung zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel der neuen Anlage, und zwar F i g. 1 im lotrechten Schnitt durch den Trocknungsturm, F i g. 2 im horizontalen Schnitt durch diesen.
- Um in der Zeichnung die Luftführung einfacher darstellen zu können, sind in F i g. 1 die Bauelemente 2a und 2b sowie 3a und 3b hintereinander- und in F i g. 2 nebeneinanderliegend dargestellt. In der Technik liegen sie nur an einer der beiden Stellen. Ebenso liegen die Elemente 6 und 7 an der gleichen Stelle.
- Der Trocknungsturm 1 hat unten die Trocknungslufteintrittsöffnung 9 und oben die Trocknungsluftaustrittsöffnung 11. Unter dieser ist, nicht dargestellt, die Trocknungsgutverteileinrichtung angeordnet. Der hier im horizontalen Querschnitt rechteckig dargestellte Turm, der auch kreisrund sein könnte, ist doppelwandig. Der Wandzwischenraum ist durch zickzackförmig geführte Zwischenwände, die zur Turminnenseite hin eine Wärmeisolierung aufweisen, in äußere Zellen 4 und innere Zellen 5 unterteilt. Sämtliche Wände sind zweckmäßig aus Beton, so daß sie ein erhebliches Wärmespeichervermögen haben. Für eine Trocknungsanlage zur Verdampfung von 50001 Ausgangsgut je Stunde, die etwa 70 m hoch ist und Turminnenabmessungen von 18 m Breite und 40 m Länge hat, werden 5000 bis 6000 t Beton beispielsweise benötigt.
- Durch die äußeren Zellen 4 wird die Frischluft sowohl für die Trocknung als auch für die Regenerierung geführt. Die Luft kann dabei in den Zellen mehrfach auf und ab geführt werden. Sie kann z. B. bei 8 in die Zellen 4 einer Längswand durch vor den Eintrittsöffnungen angebrachte Ventilatoren eingeblasen werden. Vom unteren Ende der Zellen 4 der Längswand kann sie dann je zur Hälfte unten in die äußeren Zellen 4 der beiden Querwände durch überleitungskanäle eingeführt werden. Sie wird dann wieder durch Überleitungskanäle vom oberen Ende der Zellen 4 der anderen Längswand geleitet, aus deren unteren Öffnungen sie in eine Sammelleitung geführt wird.
- Diese Sammelleitung ist, wie F i g. 1 zeigt, in zwei Zweigleitungen unterteilt. Aus der oberen Zweigleitung wird in einem der genannten Zyklen ein Teil der in den Zellen 4 vorgewärmten Frischluft in die aus zwei parallelgeschalteten lotrechten Schüttungen bestehende, vorher regenerierte, Adsorptionspackung 2 a geleitet, während der andere Teil der Frischluft in einen Wärmespeicher 3 a geleitet wird. Das Eintrittsventil der unteren Zweigleitung bleibt dann geschlossen.
- Im folgenden Zyklus wird ein Teil der aus den Zellen 4 kommenden Frischluft durch die untere Zweigleitung in die Adsorptionspackung 2 b eingeleitet, die in gleicher Weise wie die Packung 2a ausgeführt ist. Der andere Teil der Frischluft wird dann aus der unteren Zweigleitung in den Wärmespeicher 3 b geleitet. Das Eingangsventil der oberen Zweigleitung bleibt dann geschlossen.
- Die je nach Zyklus aus der Packung 2a oder 2b kommende getrocknete Luft wird in die inneren Zellen 5 geleitet, in diesen ähnlich wie die Frischluft in den Zellen 4 gegebenenfalls mehrfach auf und ab oder hin und her geleitet und schließlich durch die Öffnungen 9 unten in den Trocknungsturm eingeleitet. Vorzugsweise ist der Turmboden als poröses Förderband ausgeführt, durch das die frische Trocknungsluft von unten nach oben durchtritt.
- Die aus dem Wärmespeicher 3 a oder 3 b kom. mende, dort weiter aufgewärmte Frischluft wird ir dem als Wärmetauscher ausgebildeten Kamin der Feuerung eines weiteren Wärmeaustauschers 6 weiter aufgewärmt und schließlich in Wärmetauscher 7 auf die erforderliche Regenerierungstemperatur gebracht. Sie wird dann in die zur Regenerierung heranstehende Adsorptionspackung geleitet und von dort durch einen der Wärmespeicher 3 b oder 3 a, den sie dabei aufwärmt. Aus dem Speicher 3 a oder 3 b tritt die Regenerierungsluft durch die öffnung 10 ins Freie. An den Eintrittsöffnungen der Zellen 4 für die Außenluft und der Zellen 5 für die aufbereitete Trocknungsluft sind Filter eingebaut, die die gleiche dreieckige Form wie die Zellen 4 und 5 haben können.
- Steigt die Temperatur in der zur Lufttrocknung eingesetzten Adsorptionspackung über einen vorbestimmten Wert, z. B. 50° C, so kann über ein Relais selbsttätig die Umschaltung der einzelnen Ventile vorgenommen und die weitere überwachung dann von einem Temperaturfühler in der anderen Adsorptionspackung übernommen werden. Es kann aber auch der Temperaturfühler für die Steuerung der Anlage in der Zuleitung der aufbereitenden Luft zu den Zellen 5 liegen.
- Durch die Heranziehung der Turmwände und deren Zwischenräume nach der Erfindung als Wärmespeicher und Wärmeangleicher wird eine weitgehend gleichbleibende Temperatur der Trocknungsluft erreicht. Da die Außenluft zunächst durch die Zellen 4 geleitet wird, kann erreicht werden, daß sie bei Eintritt in die Adsorptionspackung immer eine so hohe Temperatur hat, daß z. B. eine Solltemperatur von 25 bis 30° C am Lufteintritt in den Trockner nie unterschritten wird. Eine Regelungsmöglichkeit ergibt sich dadurch, daß man innerhalb des Trocknerwandzwischenraumes Zonen unterschiedlicher Temperatur schafft. Man kann z. B. den nach der beschriebenen Ausführungsform vorhandenen neun Zugluftventilatoren getrennte Luftwege bis zur Sammelleitung zuordnen, so daß je nach Einstellung der Fördermenge der einzelnen Ventilatoren die in die Packung eintretende Luft unterschiedliche Temperatur haben kann. Auf ähnliche Weise kann man auch eine überschreitung der Solltemperatur der Trocknungsluft durch Leitung der aufbereiteten Luft je nach Bedarf durch die mehr oder weniger abgekühlten Zellen 5 erreichen. Eine Temperaturüberschreitung der Trocknerzuluft am Ende des Lufttrocknungszyklus kann, falls das durch unterschiedliche Luftführung in die Zellen nicht mehr möglich sein sollte, auch dadurch vermieden werden, daß bei drohender Temperaturüberschreitung der Zykluswechsel etwas früher vorgenommen wird. Der Impuls dafür kann durch einen Temperaturfühler an der Eintrittsöffnung 9 selbsttätig ausgelöst werden.
- Da die Zeitdauer der Einleitung von Luft mit einer Temperatur wesentlich über der Trocknungsmittelsolltemperatur in jedem Zyklus nur verhältnismäßig kurz ist, kann doch die Trocknerinnenwand ringsum auf gleichbleibender Temperatur gehalten werden. Durch Bemessung der Wandstärke der einzelnen Wände ist das zu beeinflussen. Es kann auch die Isolation der Zwischenwand in einigen Zellen auf die Außenseite gelegt werden. Die wesentliche Wärmespeicherung soll in den Zickzackwänden erfolgen. Es können auch die Räume der Zellen 5 größer als Sie der Zellen 4 gemacht werden. Zu beachten ist auch, daß die Luftmenge, die durch die Zellen 4 strömt, je nach dem Verhältnis von Trocknungsluftmenge zu Regenerierungsluftmenge etwa das Eineinhalbfache oder das Doppelte der durch die Zellen 5 gehenden Luftmenge sein kann, wodurch eine verstärkte Heranziehung der Nachtluft zur Kältespeicherung möglich wird.
- Die Regenerierungsluft wird, wie beschrieben, nicht durch die Zellen 5 geleitet, sondern tritt bei 10 ins Freie. Von der Trocknerinnenwand her erfolgt auch eine Nachheizung der Trocknungsluft im Inneren des Trockners, deren Temperatur bei Gegenstrombetrieb sonst von unten nach oben abnimmt, z. B. von 30 auf 15 bis 17° C, so daß die Trocknungslufttemperatur vom Turmboden zur Turmdecke hin gleichbleibt oder ansteigt, so daß die Luft nahezu bis zum Erreichen der Guteintrittsstelle im Bereich der Turmdecke ihre Trocknungskraft behält. Dazu kann der Zwischenraum zwischen den Trocknerwänden zusätzlich oder nur durch horizontale Wände unterteilt sein, so daß die Trocknerinnenwand in einzelnen Höhenbereichen auf unterschiedlicher Temperatur gehalten werden kann.
- In dem Zwischenraum zwischen Trockneraußenwand und Zwischenwand kann bereits durch Kondensation Wasser aus der Frischluft ausgeschieden werden. Für eine entsprechende Abflußmöglichkeit des Wassers am Boden der Zellen 4 ist gesorgt.
Claims (6)
- Patentansprüche: 1. Verfahren zum Wärmeangleich zwischen einerseits frischer, noch feuchter und andererseits entfeuchteter Trocknungsluft für eine mit Luft von höchstens 60° C betriebene Trocknungsanlage, bei dem als Luftentfeuchter periodisch vertauschbare Adsorptionspackungen zum Rückgewinn der Wärme aus diesen Wärmespeichern und als Wärmeangleicher die Doppelwand des Trockners mit wärmespeichernder Zwischenwand dienen, dadurch gekennzeichnet, daß in jeder Periode die Frischluft für die Trocknung vor ihrem Einleiten in eine Adsorptionspackung durch den Hohlraum zwischen der Trockneraußenwand und der Zwischenwand geleitet wird und dieselbe nach Verlassen der Adsorptionspackung entfeuchtete Trocknungsluft vor Einleitung in den Trockner den Hohlraum zwischen Trocknerinnenwand und Zwischenwand durchströmt.
- 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auch die Frischluft für die Regenerierung der Adsorptionspackungen vor ihrem Aufheizen in einem Wärmetauscher durch den Hohlraum zwischen Trockneraußenwand und Zwischenwand geführt wird.
- 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Eintrittstemperatur der Frischluft in die Adsorptionspackung (2) und die der Trocknungsluft in den Trockner, dessen Wandhohlräume (4, 5) in Zellen unterteilt sind, durch Zu- und Abschalten einzelner Zellen selbsttätig und abhängig von einer Trocknereintritts-Solltemperatur eingestellt werden.
- 4. Trocknungsturm zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß lotrechte und/oder waagerechte Zwischenwandstücke mit Wärmeisolierschicht zur Trocknerinnenwand hin den Zwischenraum der aus wärmespeicherndem Material bestehenden Trocknerwände in Zellen unterteilt.
- 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß einzelne Zwischenwandstücke eine Wärmeisolierschicht zur Trockneraußenwand hin statt zur -innenwand haben.
- 6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zellen zu Zeltgruppen verbunden sind, welchen frischlufteintrittsseitig je ein Ventilator vorgeschaltet ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr, 391126; deutsche Auslegeschrift Nr. 1046583.
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