DE19714355A1

DE19714355A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Trocknen

Info

Publication number: DE19714355A1
Application number: DE1997114355
Authority: DE
Inventors: Rolf Sydow
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1997-03-26
Filing date: 1997-03-26
Publication date: 1998-10-01

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Trocknen mit einem das Trockengut berührenden, die Feuchtigkeit aus diesem aufnehmenden Gas-, insbesondere Luftstrom mit geringer Feuchte sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfah rens.

Bei der Verdunstungs- oder Verdampfungstrocknung werden trockene, meist erwärmte Gase, deren Feuchtigkeitsgehalt unter dem Sättigungswert liegt, mit dem zu trocknenden Gut in Berührung gebracht, und die in den zu trocknenden Substanzen enthaltene Feuchte wird mit dem Trockengas abtransportiert.

Die zur Trocknung überwiegend verwendete Luft kann jedoch nur eine begrenzte Wassermenge aufnehmen, so daß für den Trockenprozeß erhebliche Luftmengen erforderlich sind oder andererseits bei nicht ausreichend großem Luftdurchsatz mit langen Trocknungszeiten zu rechnen ist. Dadurch sind die Kosten für den Trocknungsprozeß hoch.

Die Aufnahmefähigkeit der Trockenluft für Wasserdampf kann durch Temperaturerhöhung gesteigert werden, da mit zuneh mender Temperatur die Sättigungsdampfmenge steigt. Das Erwärmen der zum Trocknen verwendeten Luft ist jedoch zum einen mit einem beträchtlichen Energieaufwand verbunden und kann zum anderen durch Überhitzung zur Schädigung des Trockengutes führen. Insbesondere bei wärmeempfindlichen biologischen Produkten, wie beispielsweise Getreide, ist mit biologischen und physikalischen Schäden zu rechnen.

Bei den bekannten Heißlufttrocknern wird der Trockenprozeß üblicherweise bei atmosphärischem Druck durchgeführt. Aus der DE 40 19 375 ist jedoch bereits ein Trockenverfahren bekannt, bei dem in unmittelbarer Umgebung des Trockengutes ein Vakuum hergestellt wird, so daß der Siedepunkt erheb lich gesenkt und bei vergleichsweise geringer Temperatur der heißen Luft eine Verdampfungstrocknung durchgeführt werden kann. Durch die verminderte Temperatur wird zwar einer Beschädigung des Trockengutes entgegengewirkt, aber der gerätetechnische Aufwand zur Erzeugung des Vakuums ist vergleichsweise hoch.

Bei einem anderen bekannten Trockenverfahren wird die zur Trocknung benötigte Luft mittels Kühlaggregaten entfeuch tet, wobei die Luft zunächst auf hohe Drücke komprimiert und die dabei entstehende Wärme abgeführt wird. Das anschließende Entspannen der Trocknungsluft bewirkt deren Abkühlung sowie ein Niederschlagen von Tauwasser und damit eine Verringerung der absoluten Feuchte. Durch eine nach folgende Erwärmung der entfeuchteten Luft wird deren rela tive Feuchte weiter gesenkt. Zwar lassen sich mit diesem Verfahren gute Trocknungsergebnisse erzielen und aufgrund der nur mäßigen Erwärmung der Luft ist auch nicht mit einer Schädigung des Trockengutes zu rechnen, jedoch ist auch hier der energie- und gerätetechnische Aufwand sehr hoch.

Ein ähnliches Verfahren unter Verwendung eines Kühlaggre gates wird beispielsweise in der DE 29 26 256 beschrieben, bei dem die zur Trocknung eingesetzte Frischluft zunächst an einem Verdampfer stark abgekühlt und dabei die absolute Feuchte gesenkt wird und anschließend über den Kondensator des Kühlaggregates geleitet und dabei erwärmt wird, so daß die relative Feuchte gegenüber der eingesetzten Frischluft deutlich verringert und bei geringen Lufttemperaturen eine schonende Trocknung ohne wesentliche Wärmeeinwirkung möglich ist. Auch bei diesem Verfahren ist von einem hohen energetischen und apparativen Aufwand auszugehen.

Schließlich sind noch Trockenverfahren unter Verwendung unter dem Sättigungsgrad liegender Luft als Trockenmedium bekannt, bei denen die absolute Feuchte der Luft mit Hilfe von Adsorbern verringert wird. Abgesehen davon, daß sich dieses Verfahren nur für kurzzeitige Trocknungsvorgänge geringen Umfangs eignet, ist auch die Regeneration der Adsorber mit einem erheblichen Aufwand verbunden.

Der Vollständigkeit halber wird auf ein weiteres, jedoch nicht mit einem Gas als Trockenmedium arbeitendes Verfahren zum Trocknen wasserhaltiger Substanzen verwiesen, bei dem in dem nichtmetallischen Trockengut durch Einwirkung elektromagnetischer Felder hoher Frequenz Elektrowärme erzeugt wird. Das zu trocknende Gut selbst ist hier ein elektrischer Nichtleiter, der in dem Wechselfeld eines Kondensators ein Dielektrikum bildet, in dem das Feld thermische Molekularbewegungen erzeugt und dadurch das Gut erwärmt bzw. durch hohe Energieaufnahme des Wassers trocknet. Auch das Trocknen nach diesem dielektrischen Verfahren ist mit einem hohen Wärmebedarf und zudem mit einer hohen Wärmebelastung der zu trocknenden Substanz verbunden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfah ren zum Trocknen mit einem die Feuchtigkeit aus dem zu trocknenden Gut aufnehmenden Gas-, insbesondere Luftstrom zu entwickeln, das energetisch und apparativ einen geringen Aufwand erfordert und dabei eine schnelle und schonende Trocknung des Trockengutes gewährleistet, sowie eine entsprechende Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens bereitzustellen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei einem Verfahren zum Trocknen wasserhaltiger Substanzen mit einem Gasstrom, dessen Feuchtegehalt unter der Sättigungsgrenze liegt, derart gelöst, daß ein zunächst feuchter Gasstrom zur Verringerung der absoluten Feuchte vor dem Auftreffen auf das Trockengut mit einer bestimmten Strömungsgeschwindig keit durch ein hochfrequentes magnetisches Drehfeld gelei tet wird und dabei die in dem feuchten Gasstrom enthaltenen Wassermoleküle aufgrund ihres Dipolcharakters in eine Dreh bewegung mit bestimmter Drehrichtung versetzt und anschließend an in den Strömungsweg eingebrachten Prall elementen konzentriert und danach aus dem Gasstrom abge trennt werden.

Der Grundgedanke der Erfindung besteht mit anderen Worten darin, bei im wesentlichen unveränderter Temperatur, das heißt vorzugsweise Umgebungs- oder Raumtemperatur, die absolute Feuchte des zur Feuchtigkeitsaufnahme aus dem Trockengut vorgesehenen, vorzugsweise durch Luft gebildeten Gasstroms dadurch zu vermindern, daß allein den zunächst geradlinig mit bestimmter Geschwindigkeit strömenden Wassermolekülen durch das hochfrequente Drehfeld ein Drehimpuls mit vorbestimmter Drehrichtung erteilt wird, so daß die Wassermoleküle durch den Drall (oder Effet) aus dem Hauptstrom ausgelenkt und konzentriert werden und anschließend an den Prallelementen weiter konzentriert und schließlich aus dem Gasstrom abgeschieden und in einer Sam melleitung gesammelt werden, während die Gasbestandteile, zum Beispiel der Sauerstoff und der Stickstoff eines Luft stroms, unbeeinflußt von dem hochfrequenten magnetischen Drehfeld mit deutlich verringertem Wasseranteil weiter zum Trockner strömen.

Aufgrund der Tatsache, daß bei dem erfindungsgemäßen Ver fahren ohne Erwärmung nur eine magnetisch-mechanische Behandlung unter zusätzlicher mechanischer Auslenkung durch Verwendung von Prallelementen - und zwar nur der Wasser moleküle - erfolgt, der restliche Gasstrom aber energetisch unbeeinflußt bleibt, ist der Energieaufwand gegenüber den bekannten Verfahren zur Luftfeuchtesenkung bei Trocknungs prozessen durch Erhitzen oder Austauen deutlich, d. h. sogar um ein Vielfaches, geringer. Außerdem wird das Trockengut bei dem vorgeschlagenen Verfahren bei Raum- oder Umgebungs temperatur getrocknet, so daß eine schonende Behandlung ohne die nachteiligen Folgen einer Erwärmung oder Überhit zung des Gutes durchgeführt werden kann.

Nach einem weiteren Merkmal des erfindungsgemäßen Verfah rens kann der Grad der Entfeuchtung des Gasstroms - und damit auch der Trocknungsvorgang selbst - durch Änderung der Verfahrensparameter - Strömungsgeschwindigkeit, Frequenz, Drehwinkelgeschwindigkeit oder Aufprallwinkel - be einflußt und den jeweiligen Trocknungsbedingungen ange paßt werden.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird der Gas strom nach der elektromagnetisch-mechanischen Entfeuchtung auf eine bestimmte Temperatur zur gegebenenfalls erforderlichen Wärmebehandlung des Trockengutes, beispiels weise zum Öffnen der Poren von Getreide zur Verbesserung des Trocknungseffekts, sowie zur weiteren Senkung der rela tiven Feuchte, und zwar ohne daß die Temperatur des Trockenmediums einem bestimmten gutschädigenden Wert über steigt, eingestellt.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des Ver fahrens umfaßt einen im Anströmbereich eines in den Trock nermündenden Strömungsrohres vorgesehenen Lüfter zum Ansaugen von Luft, insbesondere Umgebungsluft und zum Erzeugen einer bestimmten Strömungsgeschwindigkeit, einen dem Lüfter nachgeschalteten Drehfeldgenerator zur Erzeugung des richtungsbestimmten hochfrequenten Drehfeldes sowie (ein oder) mehrere in einem anschließenden Prallbereich des Strömungsrohres angeordnete Prallelemente, wobei das Strömungsrohr danach in eine in den Trockner mündende Trockenluftleitung sowie eine das über die Prallelemente abgeleitete Wasser aufnehmende Wassersammelleitung aufgeteilt ist.

Die vorgeschlagene Vorrichtung zeichnet sich durch einen gegenüber den bekannten Trocknern mit Luftentfeuchtung einfachen, kompakten Aufbau aus und kann unter Verzicht auf üblicherweise notwendige lange Rohrleitungen zur Heißluft zufuhr unmittelbar dem Trockner zugeordnet werden. Auch der Installations- und Wartungsaufwand für diese Anlage ist gering.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung sind der Lüf ter zur Einstellung der Strömungsgeschwindigkeit im Dreh feld und der Drehfeldgenerator zur Einstellung von Frequenz, Drehwinkelgeschwindigkeit und Drehrichtung regel bar ausgebildet, während die Prallelemente hinsichtlich Lage und Winkelstellung im Strömungsrohr verstellbar ange ordnet sind. Dadurch kann entsprechend dem zu erzielenden Entfeuchtungsgrad optimal auf den Gasstrom Einfluß genommen werden.

Die Prallelemente sind in den Strömungsweg der Wassermole küle eingebrachte Prallbleche. Der Prallbereich kann aber auch durch besondere Gestaltung des Strömungsrohres darge stellt werden.

In weiterer Ausbildung der Erfindung ist die zum Trockner führende Trockenluftleitung mit einer Heizvorrichtung zur direkten oder indirekten Erwärmung der entfeuchteten Luft versehen.

Weitere Merkmale und zweckmäßige Weiterbildungen oder Vor teile der Erfindung ergeben sich aus dem nachfolgenden Ausführungsbeispiel bzw. den Unteransprüchen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung, deren einzige Figur eine Prinzipskizze einer erfindungsgemäßen Trockenvorrichtung zum Trocknen von Getreide mit entfeuchteter Luft als Trocknungsmittel zeigt und aus der auch die einzelnen Verfahrensschritte erkennbar sind, näher erläutert.

Im Anströmbereich 1 eines Strömungsrohres 2 ist ein Lüfter 3 angeordnet, der - beispielsweise - Umgebungsluft mit einer Temperatur von 20°C und einer relativen Feuchte von 80% ansaugt. Die absolute Feuchte dieser durch Pfeile A gekennzeichneten Umgebungsluft beträgt 11,7 g/kg Luft. Die feuchte Umgebungsluft wird nun mit einer der eingestellten Lüfterleistung entsprechenden Strömungsgeschwindigkeit durch ein mit einem Drehfeldgenerator 5 erzeugtes hoch frequentes elektromagnetisches Drehfeld 4 transportiert. An das Drehfeld 5 schließt sich ein Prallplattenbereich 7 mit Prallplatten 8 sowie ein Trennbereich 9 an, in dem das Strömungsrohr 2 in eine Trockenluftleitung 10 und eine Wassersammelleitung 11 aufgeteilt wird. Die Trockenluftlei tung 10 mündet in den Schacht 12 eines Trockners 13, dem über einen Schütttrichter 14 mit dem Pfeil F bezeichnetes, zu trocknendes feuchtes Getreide mit einer relativen Feuch te zwischen etwa 16 und 20% zugeführt wird.

Die in der angesaugten feuchten Umgebungsluft (Pfeil A) enthaltenen Wassermoleküle 14 sind natürliche elektrische Dipole mit entgegengesetzten gleichgroßen Ladungen (Q) im Abstand (s). Unter der Wirkung des hochfrequenten elektri schen Drehfeldes 4 werden die Wassermoleküle aufgrund des Dipolmoments p = Q.s in eine rotierende Drallbewegung (Pfeil D) versetzt und treffen im Prallplattenbereich auf eine der in einem bestimmten Winkel zur Strömungsrichtung im Strömungsrohr 2 angeordneten Prallplatten 8. Aufgrund des elastischen Stoßes an der Prallplatte und der durch ihre Drehbewegung (Pfeil D) an der Prallplatte erzeugten Reibungskräfte (Pfeil C) werden die Wassermoleküle 14 weiter konzentriert und aus dem Luftstrom ausgelenkt und abgeschieden (Pfeil E) und gelangen schließlich in die Wassersammelleitung 11. Das heißt, die durch das hoch frequente elektromagnetische Drehfeld zur Rotation in einer vorbestimmten Richtung angeregten Wassermoleküle 14 werden durch die Drall- oder Effetbewegung in Verbindung mit dem elastischen Stoß und den Reibungskräften an der Prallplatte in dem Gesamtstrom angereichert und aus diesem abgetrennt, während die entfeuchtete Trockenluft (Pfeil B) in der Trockenluftleitung 10 weiter zum Trockner 13 strömt.

Die Abtrennung der Wasserbestandteile aus dem feuchten Luftstrom erfolgt hier somit rein mechanisch und nur durch magnetische Einwirkung ausschließlich auf die Wassermole küle bei Umwandlung der elektromagnetischen Energie in Drehbewegungsenergie mit einer Drallwirkung, während die anderen Bestandteile der Luft energetisch unbeeinflußt bleiben und geradlinig weiterströmen. Daraus resultiert der für die Entfeuchtung der Luft äußerst geringe Energiever brauch, der sich aus

W_w = Jω²/2 und J = mr²,

wobei m die Masse des zu beeinflussenden Wassers (11,7 g/kg Luft), r der Radius der Wassermoleküle (0,1 nm) und ω die Drehfeldfrequenz (10 MHz) ist, zu

W_w = mr²ω²/2 = 6.10⁻⁹ J

ergibt. Um demgegenüber mit herkömmlichen Mitteln, bei spielsweise durch Erwärmung, eine für den Trocknungsvorgang vorteilhafte deutliche Verringerung der relativen Feuchte von 80% auf 4% zu erzielen, müßte - bei Erwärmung von 1 kg Luft von 20°C auf 80°C - eine Energiemenge von 60,6 kJ aufgewendet werden.

Im vorliegenden, anhand der Trocknung von Getreide erläu terten Ausführungsbeispiel erfolgt mit einer der Trocken luftleitung 10 zugeordneten Heizvorrichtung 15 dennoch eine Erwärmung auf etwa 30°C, jedoch nur des Trockenluftstroms, um dadurch die Poren des Getreides zu öffnen und eine schnellere Wasseraufnahme aus diesem zu bewirken. Diese geringe Temperaturerhöhung schädigt das Trockengut nicht, während sie aber gleichzeitig bei geringem Wärmeenergieauf wand eine Verringerung der relativen Restfeuchte des Trockenluftstroms (Pfeil B) zur Folge hat.

Um entsprechend der angestrebten Trockenzeit und -geschwin digkeit, aber auch zur Beeinflussung des Entfeuchtungsgra des, unterschiedliche Luftdurchsätze zu erzielen, ist der Lüfter 3 regelbar. In Abhängigkeit von der jeweils eingestellten Lüfterleistung können auch die Prallplatten 8 in unterschiedliche Winkelstellungen arretiert werden oder zur Einflußnahme auf die Reibungskräfte der Wassermoleküle 14 an der Prallplattenoberfläche unterschiedliche Rauhig keitsgrade aufweisen. Selbstverständlich können auch mehre re Prallplatten 8 in dem Bereich hinter dem Drehfeldgenera tor 5 angeordnet sein. Die Frequenz bzw. Winkelgeschwindig keit des elektrischen Drehfeldes ist ebenfalls nicht auf das Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern ist in Abhän gigkeit von der Anströmgeschwindigkeit und dem Feuchtege halt der Luft sowie dem Anstellwinkel der Prallplatten ebenfalls veränderbar.

Die entfeuchtete und geringfügig erwärmte Luft (Pfeil B) wird schließlich in den Schacht 12 des Trockners 13 und über das in diesem herabrieselnde feuchte Getreide (Pfeil F) geleitet, das den Trockner als trockenes, lagerfähiges Gut (Pfeil G) mit einer Restfeuchte von etwa 14% verläßt.

Bezugszeichenliste

1

Anströmbereich

2

Strömungsrohr

3

Lüfter

4

Drehfeld

5

Drehfeldgenerator

6

Schütttrichter

7

Prallbereich

8

Prallplatte

9

Trennbereich

10

Trockenluftleitung

11

Wassersammelleitung

12

Schacht

13

Trockner

14

Wassermoleküle

15

Heizvorrichtung
A Umgebungsluft
Pfeil B entfeuchtete Luft
Pfeil C Reibungskräfte
Pfeil D Drehbewegung
Pfeil E abgeschiedenes Wasser
Pfeil F feuchtes Getreide
Pfeil G getrocknetes Getreide

Claims

1. Verfahren zum Trocknen, mit einem des Trockengut berüh renden, die Feuchtigkeit aus diesem aufnehmenden Gas-, insbesondere Luftstrom mit geringer Feuchte, dadurch gekennzeichnet, daß ein feuchter Gasstrom zur Verringe rung seiner absoluten Feuchte vor dem Auftreffen auf das Trockengut mit einer bestimmten Strömungsgeschwindigkeit durch ein hochfrequentes magnetisches Drehfeld geleitet wird und dabei die in dem feuchten Gasstrom enthaltenen Wassermoleküle aufgrund ihres Dipolcharakters in eine Drehbewegung mit bestimmter Drehrichtung versetzt und anschließend an in den Strömungsweg eingebrachten Prall elementen konzentriert und aus dem Gasstrom abgetrennt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsgeschwindigkeit des Gasstroms und/oder die Drehfrequenz oder Drehwinkelgeschwindigkeit des Drehfeldes und/oder der Anstellwinkel der Prallelemente veränderbar sind.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasstrom Umgebungs- oder Raumtemperatur auf weist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge kennzeichnet, daß der entfeuchtete Gasstrom zur die Feuchtigkeitsabgabe erleichternden thermischen Behand lung des Trockengutes auf eine bestimmte erhöhte Temperatur eingestellt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zu entfeuchtende Gasstrom der Umgebungsluft entnommen wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein und derselbe Luftstrom im Kreislauf geführt wird, indem er nach dem Trockenprozeß wieder entfeuchtet wird.

7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Anström bereich eines an einen Trockner (13) angeschlossenen Strömungsrohres (2) ein Lüfter (3) zum Ansaugen eines Gasstroms und zur Erzielung einer bestimmten Strömungs geschwindigkeit angeordnet ist und diesem ein Drehfeld generator zur Erzeugung eines hochfrequenten magneti schen Drehfeldes sowie ein Prallbereich (7) mit einem oder mehreren Prallelementen (8) nachgeschaltet ist, und das Strömungsrohr (2) danach in eine in den Trockner (13) mündende Trockenluftleitung (10) und eine Wasser sammelleitung (11) aufgeteilt ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistung des Lüfters (3) zur Erzielung veränderlicher Luftgeschwindigkeiten einstellbar ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehfeldgenerator (5) zur Einstellung der Frequenz oder Drehwinkelgeschwindigkeit und der Drehrichtung des Drehfeldes regelbar ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Prallelemente als in veränderlicher Lage und Winkelstellung im Strömungskanal (2) einstellbare Prallplatten (8) ausgebildet sind.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Prallplatten (8) auf der Seite der auftreffenden Wassermoleküle (14) eine bestimmte Rauhigkeit aufweisen.

12. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß in die Trockenluftleitung (10) eine Heizvorrichtung (15) zur der Wärmebehandlung des Trockengutes dienenden Erwärmung des entfeuchteten Gasstroms eingebunden ist.