DE19639160C2 - Trockenvorrichtung mit Dampfaufbereitung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Trockenvorrichtung zum Trocknen von feuchtem Gut in einem Trockenschrank, mit einer Saugpumpe, die Dampf nacheinander durch einen Vorkondensator in einen Nachkondensator und in die Atmosphäre fördert, der von einem Kühlkreislauf einer Kühlflüssigkeit gekühlt wird und bodenseitig ein Auffanggefäß aufweist.

Eine derartige Vorrichtung ist aus der DE 27 19 126 A1 bekannt. Bei dieser ist ein Dampfträgergas in einem Kreislauf durch die Trockenkammer und die Dampfkondensationsvorrichtung geleitet. Die dampfbeladene Luft wird zuerst in einem Wärmerückgewinnungs­ wärmetauscher leicht abgekühlt, dann in einem kühlmittelgespeisten Vorkondensator weitergekühlt, dessen Kondensat einem Sammelpool zugeführt wird, und dann in einem Waschkühler im Gegenstrom eines abgekühlten Flusses aus Kondensat und einer Waschflüssigkeit von Dampfbestandtteilen gereinigt. Nachteilig ist, daß kein reines Kondensat, sondern eine mit einer Waschflüssigkeit vermischte Lösung anfällt, was eine Weiterverwendung eventuell hochwertigen Kondensats oder dessen Untersuchung erheblich erschwert.

Weiterhin ist aus der DE 29 26 663 A1 eine Trockenvorrichtung für Holzspäne bekannt, bei der mehrere Luftwärmetauscher hinter­ einander in den Abgasstrom eingeschaltet sind, wobei am letzten Wasserdampf kondensiert wird.

Weiterhin wird bei allgemein bekannten Vakuum- Trockenvorrichtungen, sog. Trockenschränken, der entstehende Dampf in nur einem dem Trockenschrank nachgeschalteten Abscheider kondensiert. In der einfachsten Ausführungsform weisen derartige Vorrichtungen einen luftgekühlten Abscheider auf. Der Einsatz von leitungswassergekühlten Abscheidern bewirkt bereits eine geringe Verbesserung der Dampfkondensation, jedoch werden umweltschädliche Lösungsmittelbestandteile des Dampfes schlecht abgeschieden, da die Kühlleistung im Abscheider nicht ausreichend ist. Ferner wirkt sich der hohe Leitungswasserbedarf ungünstig auf die Betriebskosten der Anlage aus und stellt eine Verschwendung natürlicher Ressourcen dar. Sowohl die Effektivität von luftgekühlten als auch leitungswassergekühlten Abscheidern unterliegen jahreszeitlichen Schwankungen, da sie von der Temperatur des Kühlmittels abhängig ist, wobei für Luft die Jahresmitteltemperatur für Europa bei ungefähr 15°C liegt, und für Leitungswasser bei 12°C. Es ist jedoch zu berücksichtigen, daß gerade in Laboratorien weitaus höhere Raumtemperaturen auftreten.

Mit steigender Einsatzdauer lagert sich bei wassergekühlten Abscheidern in den Kühlelementen Kalk ab und/oder kommt es zur Algenbildung, was den Zusatz von unerwünschten Chemikalien zur Kühlflüssigkeit oder eine zeitintensive Reinigung erfordert.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Trockenvorrichtung der eingangs bezeichneten Art mit einer Dampfaufbereitung zu offenbaren, in der insbesondere temperaturempfindliches Gut schonend getrocknet und dabei gebildeter Dampf bei geringem Kühlleistungsbedarf zu einem schadstofffreien Abdampf aufbereitet wird, wobei dieselbe bei einfachem und kostengünstigen Aufbau und kompakter Bauweise eine optimale Kühlung mit unterschiedlichen Kondensationstemperaturen ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Patentanspruch 1 gelöst. Die sich an den Patentanspruch 1 anschließenden Unteransprüche beinhalten Gestaltungsmerkmale, die vorteilhafte und förderliche Weiterbildungen der Aufgabenlösung darstellen.

Die erfindungsgemäße Trockenvorrichtung mit Dampfaufbereitung ist als eine Trockenvorrichtung mit einer zweistufigen Dampfkondensation in einem ersten Kondensator als Vorkondensator und einem zweiten Kondensator als Nachkondensator ausgestaltet, wobei der Vorkondensator ein luftgekühlter Kühler mit gesonderter Kondensatableitung, und der Nachkondensator ein Umlaufkühler mit einem separaten, geschlossenen Kühlkreislauf und weiterer Kondensatableitung ist.

Eine derartige Trockenvorrichtung mit einer zweistufigen Dampfaufbereitung in einem Trockenschrank in Reihe nachgeschalteten Kondensatoren stellt eine Kombination der Vorteile von luftgekühlten Kondensatoren und wassergekühlten Kondensatoren dar.

In der ersten Stufe der Kondensation des beim Trocknen entstehenden Dampfes in dem Luftkühler (Vorkondensator) wird nahezu der gesamte, in dem Dampf enthaltene Wasserdampf abgeschieden, so daß bereits hier das Dampfvolumen erheblich reduziert wird. An dieser Stelle kommt die Luftkühlung als kostengünstigste Kühlung zum Einsatz.

In der zweiten Stufe wird zur Nachkondensation nicht abgeschiedener Dampfbestandteile die Umlaufkühlung in einem mit einem Kühlaggregat verbundenen Umlaufkühler (Nachkondensator) verwendet, da hier die Kühltemperatur in Abhängigkeit von der Siede- bzw. Taupunktstemperatur der Dampfbestandteile im Kondensator definiert eingestellt werden muß, um sicherzustellen, daß eine Totalkondensation des Restdampfes erreicht wird.

Das im Primärkühlkreis des Nachkondensators umlaufende Kühlmittel wird kontinuierlich aus einem in dem Kreislauf angeordneten Vorlagebehälter entnommen, in welchem auch die Abkühlung des Rücklaufes durch einen sekundären Kühlkreislauf des Kälteaggregates vorgenommen wird. Zur Temperierung der primären Kühlflüssigkeit in dem Vorlagebehälter sind Kühlelemente, wie Kühlschlangen, angeordnet. Bei einem Einsatz von vorgekühltem Kühlwasser im Primärkühlkreislauf ist im Nachkondensator eine Temperatur von bis zu -5°C einstellbar, so daß auch niedrigsiedende Bestandteile, wie Lösungsmittel, aus dem Dampf entfernt werden.

Bei einer weiteren Ausführungsform ist dem Nachkondensator ein Adsorber, wie beispielsweise ein Aktivkohlefilter, nachgeschaltet, um die Schadstofffreiheit des Abdampfes zu gewährleisten.

Zur Steuerung der Anlage und Kontrolle des Trocknungsvorganges ist an dem Trockenschrank ein Manometer angeordnet, das an einer Steuer- und Regeleinheit angeschlossen ist, welche beim Ende des Trocknungsvorganges ein in der Ableitung aus dem Trockenschrank zum Vorkondensator angeordnetes Ventil, vorzugsweise ein Magnetventil, schließt und den Trockenschrank sowie das Kälteaggregat ausschaltet. Ein optischer Sensor an einem Abscheidegefäß des Nachkondensators signalisiert das Ende des Kondensiervorganges.

Um eine besonders effektive und schonende Trocknung vorzunehmen, ist die Anlage als eine Vakuumvorrichtung ausgebildet, so daß entsprechend ein Vakuumtrockenschrank mit einem Vakuum-Manometer und eine Vakuum-Pumpe verwendet werden und die eingesetzten Aufbereitungseinheiten, d. h. der Vorkondensator und der Nachkondensator sowie diverse Abscheidegefäße, vakuumbeständig ausgeführt sind, wobei die Verbindungsstellen der Zu- und Ableitungen an diesen Aufbereitungseinheiten abgedichtet ausgeführt sind. Das Vakuum-Manometer arbeitet vorzugsweise im unteren Druckbereich nach dem Pirani-Prinzip und im oberen Vakuum-Druckbereich nach dem Piezo-Prinzip.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Fig. 1 und 2 dargestellt, welches nachfolgend erläutert wird.

Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Trockenvorrichtung mit nachgeschalteter Dampfaufbereitung,

Fig. 2 eine Detaildarstellung eines Nachkondensators gemäß Fig. 1.

Die in Fig. 1 dargestellte Trockenvorrichtung (1) mit nachgeschalteter Dampfaufbereitung (2) dient zum Trocknen von in einem Trockenschrank (11) befindlichen, feuchtem Gut (S), insbesondere hitzeempfindlichen Feststoffen, und zum Kondensieren des bei der Trocknung entstehenden Dampfes (G).

Neben dem Trockenschrank (11) besteht die Vorrichtung (1) im wesentlichen aus in Dampfströmungsrichtung dem Trockenschrank (11) nachgeordneten Aufbereitungseinheiten (21, 25) in Form eines Vorkondensators (21) und eines Nachkondensators (25) mit jeweils einem dazugehörigen bodenseitigen Abscheide- oder Auffanggefäß (23, 28) und aus einem Kühlaggregat (31) für die Abkühlung des Nachkondensators mit in seinem primären Kühlmittelkreislaufes (26) umströmenden Kühlmittels (KF).

Der Vorkondensator (21) ist ein Luftkühler (21), dessen Kondensationsleistung durch eine schlangenartige Ausbildung (21a) und eine durch einen Ventilator (22) erzeugte Luftströmung erhöht ist.

Der Nachkondensator (25) ist ein Umlaufkühler (25) mit einem separaten, geschlossenen Kühlmittelkreis (26). In diesem primären Kühlkreislauf (26) wird mit einer Kühlmittelförderpumpe (27) die Kühlflüssigkeit (KF1), vorzugsweise Kühlwasser, umgepumpt, das mittels eines Kälteaggregates (31) auf eine Kühlmitteltemperatur T_M bis -5°C abgekühlt wird. Selbstverständlich können abhängig von der Kühlleistung des Kälteaggregates (31) andere Kühlmittel (KF1) zum Erreichen tieferer Kühlmitteltemperaturen T_M bei Kondensation im Umlaufkühler (25) eingesetzt werden.

Die Kühlflüssigkeit (KF) wird über eine Vorlaufleitung (63) einem Vorlagebehälter (30) entnommen und nach einem Durchlauf über eine Rücklaufleitung (64) wieder eingeleitet. Die Temperatur in dem Vorlagebehälter (30) ist entsprechend einer erforderlichen, extern vorgegebenen Kühlmitteltemperatur T_M variabel einstellbar.

Die Kühlflüssigkeit (KF) wird in dem Vorlagebehälter (30) durch einen sekundären Kühlkreis (32) des Kälteaggregats (31) temperiert. Hierzu ist in dem Behälter (30) mindestens eine Kühlschlange (33) angeordnet.

Der erzeugte Dampf (G) wird entweder von Wasserdampf oder einem Lösungsmittel-Wasserdampfgemisch gebildet, welcher sich als kondensierte Flüssigkeit (C1, C2) während der Abkühlung bei der entsprechenden Siede- bzw. Taupunkttemperatur in der Dampfaufbereitung (2) abscheidet. Hierzu wird der Dampf (G) aus dem Trockenschrank (11) über eine zwischen dem Trockenschrank (11) und dem unmittelbar nachgeschalteten Vorkondensator (21) verlaufenden Dampfleitung (61) in den Vorkondensator (21) geleitet.

In dem Vorkondensator (21) wird hauptsächlich der im Dampf (G) enthaltene Wasserdampf aufgrund der Temperaturdifferenz zwischen Dampf (G) und Umgebungsluft unter Abgabe der Kondensationswärme (Q1) an die Umgebung kondensiert. Das Kondensat (C1) wird in einem unterhalb bzw. bodenseitig zum Vorkondensator (21) angeordneten Abscheidegefäß (23) aufgefangen und kann nach Öffnen eines Ablaßhahnes (24) entfernt werden. Nichtkondensierter Dampf (G') wird über eine weitere Dampfzuleitung (62), welche das Abscheidegefäß (23) mit dem Nachkondensator (25) verbindet, diesem zugeführt.

Da der Nachkondensator (25) mit einer tiefgekühlten Kühlflüssigkeit (KF), vorzugsweise Kühlwasser, betrieben wird, besteht zwischen der Dampftemperatur und der Kondensatortemperatur ein größeres Temperaturgefälle als in dem Vorkondensator (21), da die Kühlflüssigkeit (KF) eine gegenüber Luft erhöhte Wärmeleitfähigkeit aufweist, so daß sich der im luftgekühlten Vorkondensator (21) nicht kondensierte Dampf (G') hier niederschlägt. Das Kondensat (C2) wird in dem bodenseitig am Nachkondensator (25) festgelegten Auffanggefäß (28) gesammelt, um es zu einem späteren Zeitpunkt abzulassen.

Unter Umständen kann nach dem Durchströmen des Nachkondensators (25) der Dampf (G") noch einen geringen Anteil nicht kondensierter Bestandteile enthalten. Ein dem Nachkondensator (25) in der Abgasleitung (65) nachgeordneter Absorber (51) reinigt den Dampf (G"), um darin eventuell vorhandene Lösungsmittel zu entfernen und eine Abgabe in die Umgebung zu verhindern.

Als Absorber (51) eignet sich insbesondere ein Aktivkohlefilter (51), dessen Substanz nach Verbrauch einfach ausgetauscht und einer Entsorgung oder Regenerierung zugeführt wird. Der Trocknungsvorgang wird von einem Manometer bzw. Vakuum-Manometer (41) überwacht, welches den in dem Trockenschrank (11) herrschenden Dampfdruck mißt. Wenn dem zu trocknenden Gut (S) die gesamte Feuchtigkeit entzogen ist, fällt der Dampfdruck auf den Vakuumdruck bei der vorgegebenen Trocknungstemperatur ab. Das Manometer (41) zeigt das Ende des Trocknungsvorganges an. Eine mit dem Manometer (41) verbundene Steuer- und Regeleinheit (42) bewirkt, daß ein in der Dampfleitung (61) angeordnetes Magnetventil (43) geschlossen und der Trockenschrank (11) und das Kühlaggregat (31) abgeschaltet wird.

An dem Auffanggefäß (28) des Nachkondensators (25) ist ein optischer Sensor (24) angebracht, der kontrolliert, ob sich in dem Gefäß (28) kondensierte Flüssigkeit (C2) bildet. Somit wird das Ende des Dampfaufbereitungsprozesses registriert und die Vorrichtung (1) kann abgeschaltet werden.

Fig. 2 zeigt eine Detailansicht des Nachkondensators (25) mit dem bodenseitigen Auffanggefäß (28) für anfallendes Kondensat, wobei der Kondensator (25) und das Auffanggefäß (28) doppelkammerartig aufgebaut sind. Nachfolgend wird das Funktionsprinzip erläutert. Der Umlaufkühler (23) arbeitet mit dem Gegenstromprinzip und weist die Form eines Schlangenkühlers (25) auf. Der zu kondensierende Dampf (G') strömt obenseitig in ein wendelartig ausgebildetes Innenrohr(25a) ein. Das Kondensat (C2) tropft in das Auffanggefäß (28) und der nicht kondensierte Restdampf (G") wird obenseitig über eine Pumpe (20) abgezogen. Der Anschluß (62a) der Dampfzuleitung (62) ist unterhalb des Anschlusses (65a) der Gasableitung (65) angeordnet, um eine Vermischung von Dampf (G') und Abdampf (G") zu verhindern.

Die Kühlflüssigkeit (KF) wird über die Vorlaufleitung (63) bodenseitig der außenseitigen Kammer (28a) des Auffanggefäßes zugeführt und über eine Verbindungsleitung (66) in einen außenseitigen Zwischenraum (25b) zwischen Kondensatormantel (25c) eingebracht, um anschließend oberseitig über den Rücklauf (64) zurück in den Kühlflüssigkeitsbehälter (30) zu fließen.

Claims (6)

1. Trockenvorrichtung (1) zum Trocknen von feuchtem Gut (S) in einem Trockenschrank (11), mit einer Saugpumpe (20), die Dampf (G) nacheinander durch einen Vorkondensator (21) in einen Nachkondensator (25) und in die Atmosphäre fördert, der von einem Kühlkreislauf (26) einer Kühlflüssigkeit (KF) gekühlt wird und bodenseitig ein Auffanggefäß (28) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Vorkondensator (21) ein eigenes Abscheidegefäß (23) mit einem Ablaßhahn (24) angeordnet ist und in dem Nachkondensator (25) die Kühlflüssigkeit (KF) in einem geschlossenen, vom Dampf (G) getrennten Kreislauf geführt ist und das Auffanggefäß (28) von einer äußeren Kammer (28a) umgeben ist, der bodenseitig die Kühlflüssigkeit (KF) zugeführt ist, die obenseitig zu dem im Gegenstrom betriebenen Nachkondensator (25) weitergeleitet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Nachkondensator (25) ein Adsorber (51), wie ein Aktivkohlefilter, nachgeschaltet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Trockenschrank (11) ein Manometer (41) zum Messen des Dampfdruckes in Abhängigkeit von der vorgegebenen Trocknungstemperatur im Trockenraum des Trockenschrankes (11) angeordnet ist, und das Manometer (41) an einer Steuer- und Regeleinheit (42) angeschlossen ist, welche ein in einer Ableitung (61) aus dem Trockenschrank (11) zum Vorkondensator (21) angeordnetes Magnetventil (43) schließt oder öffnet und den Trockenschrank (11) sowie ein für die Abkühlung von der in dem Primärkühlkreislauf (26) umlaufenden Kühlflüssigkeit (KF) verwendetes Kühlaggregat (31) aus- oder einschaltet.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Auffanggefäß (28) des Nachkondensators (25) ein optischer Sensor (44) zur Kontrolle des Kondensiervorganges angeordnet ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlkreislauf (26) einen Behälter als Kühlflüssigkeitsvorlage (30) und eine Kühlmittelförderpumpe (27) aufweist, wobei die Abkühlung der Kühlflüssigkeit (KF) in dem Vorlagebehälter (30) über darin angeordnete Kühlelemente, wie Kühlschlangen, vorgenommen wird, welche ein Teil eines sekundären Kühlkreislaufes (32) eines Kühlaggregates (31) sind.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß dieselbe eine Vakuumvorrichtung (1) mit einem Vakuumtrockenschrank (11) mit einem Vakuum-Manometer (41) und einer Vakuumpumpe (20) ist, und die Kondensatoren (21, 25) und Abscheidegefäße (23, 28) vakuumdicht ausgeführt und verbunden sind.