DE1461502B2

DE1461502B2 - Verfahren zum Trocknen eines zur Trennung von Feststoff und Flüssigkeit auf ein flussigkeitsdurchlassiges Medium abgesetzten Filterkuchens

Info

Publication number: DE1461502B2
Application number: DE1461502A
Authority: DE
Inventors: James Herbert Pittsburgh Brown; Elza Fain Monroeville Borough Burch
Original assignee: United States Steel Corp
Current assignee: United States Steel Corp
Priority date: 1964-04-09
Filing date: 1965-04-08
Publication date: 1973-09-13
Also published as: BE662063A; US3319789A; GB1098543A; SE316433B; DE1461502A1; ES311550A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Trocknen eines zur Trennung von Feststoff und Flüssigkeit auf ein flüssigkeitsdurchlässiges Medium abgesetzten Filterkuchens durch aufeinanderfolgende Hindurchleitung von Dampf und Gas.

Bei einem bekannten Verfahren dieser Art wird der Filterkuchen so lange einem Dampfstrom ausgesetzt, bis der gewünschte Trocknungsgrad erreicht ist (USA.-Patentschrift 1138 634). Da die Trocknung nicht über die ganze Schichtdicke des Kuchens gleichmäßig erfolgt, sondern ein Feuchtigkeitsgefälle vorhanden ist, das in Richtung der Kuchenunterseite ansteigt, wenn die Kuchenoberseite mit Dampf beaufschlagt wird, hat die Dampftrocknung zur Folge, daß die obenliegenden Kuchenschichten einer längeren und intensiveren Trocknung unterworfen werden als die unteren Schichten. Es läßt sich deshalb häufig nicht vermeiden, daß die oberen Schichten überhitzt werden, wenn die unteren Schichten ebenfalls einen guten Trocknungsgrad erreichen sollen, und wenn keine teueren und komplizierten Regelvorrichtungen zur Steuerung von Dampftemperatur und Dampfmenge in die Trocknungsvorrichtung eingebaut werden sollen.

Bei einem anderen bekannten Verfahren zur Trocknung eines Feststoffes mittels Dampf wird der Trocknungsvorgang indirekt durchgeführt und so lange aufrechterhalten, bis der Filterkuchen vollständig durchgetrocknet ist (USA.-Patentschrift 2 736 434). Gleichzeitig mit der Dampftrocknung erfolgt ein Einblasen von Heißluft in die zur Durchführung des Verfahrens verwendeten Trocknungskammern, wobei ebenfalls die Gefahr der Überhitzung der oberen Feststoffschichten besteht, um ein vollständiges Durchtrocknen des Materials zu erreichen. Eine derartige Überhitzung wirkt sich jedoch auf viele Trocknungsprodukte nachteilig aus, indem sie beispielsweise einen unerwünschten chemischen Abbau hervorruft oder zu Farbveränderungen führt. Ein weiterer Nachteil des bekannten Verfahrens besteht in dem ziemlich großen Dampfverbrauch, der die Herstellungskosten des Produkts nicht unwesentlich erhöht.

Diese Nachteile werden auch bei einem anderen bekannten Trocknungsverfahren nicht beseitigt (deutsche Patentschrift 1146 849), denn dort wird der eingeblasene, gesättigte Wasserdampf lediglich zum Auswaschen des Filterrückstandes benutzt, während zur Trocknung allein Heißluft dient.

Die Erfindung hat es sich deshalb zur Aufgabe gemacht, das Trocknungsverfahren so auszubilden, daß jegliche Überhitzung des Trockenprudukts vermieden und die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens erhöht wird.

Dies gelingt erfindungsgemäß dadurch, daß der

ίο Filterkuchen zuerst so lange mit Dampf beaufschlagt wird, bis er bis in eine bestimmte Dicke erwärmt worden ist und einen Teil seines Wassergehaltes verloren hat, und daß darauf nicht angewärmtes Gas durch den Filterkuchen geschickt wird, das sich in der erhitzten Filterkuchenschicht erwärmt und die aufgenommene Wärme auf die ursprünglich nicht erwärmte Filterkuchenschicht überträgt.

Die Trocknung des Filterkuchens mit Dampf wird somit nur bis zu einer mittleren Schichtdicke betrieben und dann mit einem am Verfahrensort vorhandenen Gas, beispielsweise auch mit Luft von Raumtemperatur, weitergeführt. Diese mittlere Schichtdicke ist von der Produktart abhängig und läßt sich so wählen, daß nicht nur der Dampf verbrauch so gering wie möglich ist, sondern vor allem vermieden wird, daß das Produkt durch Überhitzung verdorben wird. Das erfindungsgemäße Verfahren stellt also eine Kombination aus Dampf- und Gastrocknung dar, wobei die Gastrocknung zu einem Zeitpunkt einsetzt, wo ein großer Teil des Produktes, nämlich die unteren Filterkuchenschichten, noch in etwa den ursprünglichen Feuchtigkeitsgehalt aufweisen.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 eine Draufsicht eines Vakuumdrehfilters, das für das Trocknungsverfahren verwendet wird, und

Fi 2.2, 3 und 4 Teilschnittansichten längs der Linie H-II, ΙΙΙ-ΠΙ und IV-IV in F i g. 1.

Bei dem Trocknungsverfahren wird beispielsweise eine Wasseraufschlämmung von Kohleteilchen in der Größenordnung von bis zu 6,3 mm Korndurchmesser oder eines Eisenerzkonzentrates mit einer mittleren Korngröße von 2,0 mm auf ein kontinuierliches Vakuumdrehfilter bekannter Art aufgegeben. Dabei erfolgt, wie den F i g.'2 bis 4 entnehmbar, eine anfängliche Filtrierung (Stadium 1), die schnell zur Abtrennung des größten Wassergehalts der Aufschlämmung als Filtrat führt, wobei ein gesättigter Filterkuchen 21 entsteht, dessen Dicke zwischen 25 und 75 mm beträgt und dessen Wasseranteil etwa 20 Gewichtsprozent ausmacht.

Sobald das an der Oberfläche befindliche Wasser 20 durch den Filterkuchen hindurchgesickert ist, wird die Oberseite des Kuchens mit überhitztem Dampf 22 beaufschlagt. Dieser Dampf hat vorzugsweise eine Temperatur zwischen 100 und 150° C, so beispielsweise 131° C, und steht wenigstens unter normalem Außendruck. Der Dampf wird infolge des im Drehfilter herrschenden Vakuums durch den Filterkuchen hindurchgesaugt, weicht den Kuchen dabei auf und erwärmt die obere Kuchenschicht 23 auf Grund von freiwerdender Kondensationswärme, wenn er beim Durchgehen durch diese Schicht kondensiert (Stadium 2). Der sich daraus ergebende Temperaturanstieg dieser Schicht führt zu einer zusätzlichen Entwässerung dieser Schicht auf Grund

der Verringerung von Oberflächenspannung und Viskosität. Das so abgegebene Wasser entweicht als FiI-trat. Die Beaufschlagung mit Dampf wird so lange fortgesetzt, bis der teilweise entwässerte Filterkuchen bis zu einer mittleren oder Zwischenschicht und vorzugsweise mindestens bis zur Hälfte seiner Dicke erwärmt worden ist. Die andere Hälfte 24 der gesamten Filterkuchenschicht bleibt zunächst unerwärmt. In diesem Stadium wird die Dampfzufuhr beendet, und Luft oder ein anderes Gas wird unter normalem Außendruck der Filterkuchenoberseite zugeführt (Stadium 3).

Die die obere Filterkuchenschicht 25 durchströmende Luft absorbiert die Wärme aus dieser Schicht und gelangt darauf nach unten in die untere Kuchenschicht 26, die noch im wesentlichen die Materialaufgabetemperatur aufweist. Die Luft absorbiert Wärme bei der Berührung mit dem Filterkuchen und überträgt diese auf die untere Kuchenschicht, und gleichzeitig kondensiert der Wasserdampf und überträgt ebenfalls Wärme in Form von Kondensationswärme auf diese untere Schicht. Dadurch wird die Temperatur der unteren Kuchenschicht auf einen Wert erhöht, der zwischen der Materialaufgabetemperatur und derjenigen Temperatur liegt, die die obere, durch Dampf erwärmte Kuchenschicht aufweist. Der Temperaturanstieg in der unteren Kuchenschicht setzt weiteres Wasser frei, das als Hydrat aus der Schicht abläuft und den schließlich entwässerten Kuchen mit geringerer Restfeuchte bzw. einem guten Trocknungsgrad zurückläßt. Die drei Stadien des Trocknungsverfahrens können folgendermaßen bezeichnet werden: Anfängliche Filtrierung, Dampfbeaufschlagung und Wärmegewinnung und Wärmeübertragung, wobei in· jeder Verfahrensstufe eine Entwässerung erfolgt.

In der F i g. 1 ist eine Ausführungsform des Vakuumdrehfilters schematisch dargestellt, auf dem das oben beschriebene Verfahren durchgeführt werden kann. Das Vakuumdrehfilter 10 weist einen Drehtisch 11 mit einer Oberfläche 12 aus durchlässigem Stoff auf, an die von unten mit Hilfe einer Vakuumpumpe ein gleichmäßiges Vakuum angelegt wird. Zwischen der Oberseite und Unterseite des durchlässigen Stoffes besteht normalerweise ein Druckunterschied von etwa 127 mm Hg. Eine Aufgabeschurre 13 beaufschlagt die Fläche 12 mit einer Aufschlämmung, die zu etwa gleichen Teilen aus Feststoffen und Wasser besteht und gegen eine radial verlaufende Pralleiste 14 strömt. Der Drehtisch 11 wird im Uhrzeigersinn angetrieben, und während etwa der ersten 90° seiner Umdrehung wird das Stadium 1, also die anfängliche Filtrierung, des Verfahrens beibehalten, wie dies auch aus F i g. 2 ersichtlich ist.

Eine fest angeordnete Haube 15 überdeckt den Drehtisch über einen Winkelbereich von etwa 180° gegenüber der Aufgabeschurre und ist mit angeschlossenen Dampfeinlaßrohren 16 versehen. Wenn also der auf der Oberfläche 12 nach dem Stadium 1, also der anfänglichen Filtrierung, gebildete Filterkuchen den zweiten und dritten Quadranten der kreisförmigen Tischbewegungsbahn durchquert, wird er mit Dampf beaufschlagt und dadurch weiter entwässert, wie dies durch das Stadium 2 angedeutet ist. Dieses Stadium entspricht der Darstellung von Fig.3. Aus F i g. 3 ist ersichtlich, daß ein Dichtungsstreifen 17 den Raum zwischen der festen Haube 15 und dem Drehtisch 11 abschließt. Die Enden der Haube können durch nachgiebige Vorhänge 19 verschlossen werden.

ίο Nachdem der Filterkuchen wieder aus dem von der Haube 15 umschlossenen Bereich ausgetreten ist, strömt infolge des unter der Oberfläche 12 herrschenden Vakuums durch den Filterkuchen abwärts, wodurch das Stadium 3 des Trocknungsprozesses, also die Wärmegewinnung und -übertragung, erreicht wird, die in F i g. 4 dargestellt sind. Nach Durchlauf des Stadiums 3 wird dann der getrocknete Filterkuchen von der Oberfläche 12 mit Hilfe einer Förderschnecke 18 von dem Drehtisch entfernt.
Die mit Hilfe des beschriebenen Verfahrens erreichte höhere Entwässerung ergibt sich aus der-untenstehenden Tabelle, in der die Ergebnisse eines üblichen Filterverfahrens, bei dem ohne Dampf- oder Luftbeaufschlagung gearbeitet wird, das dem Veras such Nr. 1 entspricht, einem üblichen Filterverfahren mit dampfunterstützter Filtrierung ohne Luftbeaufschlagung, das den Versuchen Nr. 2 und 3 entspricht, dem dreistufigen Verfahren der oben beschriebenen Art gegenübergestellt werden, das also aus einer anfänglichen Filtrierung, darauffolgender Dampfbeaufschlagung und schließlicher Wärmegewinnung und -übertragung durch Luftbeaufschlagung besteht und durch die Versuche Nr. 4 und 5 dargestellt wird.

Der Vorteil des hier beschriebenen Verfahrens ist also in der Einsparung an Dampf zu sehen, die darauf zurückzuführen ist, daß die Dampfbeaufschlagung nicht so lange fortgesetzt wird, bis die gesamte Dicke des Filterkuchens direkt durch die Kondensationswärme des Dampfes erwärmt worden ist, sowie in der damit verbundenen geringeren Wärmebeanspruchung des Trocknungsproduktes, da insbesondere die oberen Kuchenschichten nicht so stark erhitzt werden, wie dies der Fall wäre, wenn die ganze Filterkuchendicke einer Trocknung durch Dampfbeaufschlagung unterworfen würde. Zusätzlich zur Übertragung von Wärme dient der Luftstrom ferner der weiteren Trocknung durch Ausdampfung der Feuchtigkeit aus den oberen Kuchenschichten, die bereits durch die dampfunterstützte Filtrierung weitgehend getrocknet worden sind.

	Dampfbeauf	Luftbeauf	End-
verbULii	schlagungszeit	schlagungszeit	Wassergehalt
Nr.	Sekunden	Sekunden	°/o
1	0	0	5 bis 6
2	30	0	1,5
3	45	0	0,7
4	22V₂	7V₂	0,5
5	33V₂	HV₂	• 0,4

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Verfahren zum Trocknen eines zur Trennung von Feststoff und Flüssigkeit auf ein flüssigkeitsdurchlässiges Medium abgesetzten Filterkuchens durch aufeinanderfolgende Hindurchleitung von Dampf und Gas, dadurch gekennzeichnet, daß der Filterkuchen zuerst so lange mit Dampf beaufschlagt wird, bis er bis in eine bestimmte Dicke erwärmt worden ist und einen Teil seines Wassergehaltes verloren hat, und daß darauf nicht angewärmtes Gas durch den Filterkuchen geschickt wird, das sich in der erhitzten Filterkuchenschicht erwärmt und die aufgenommene Wärme auf die ursprünglich nicht erwärmte Filterkuchenschicht überträgt.