DE19804682A1 - Vorrichtung zur Durchführung eines kombinierten Kälte-/Membranabsorptionsverfahrens zur Trocknung von Luft und technischen Gasen - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Durchführung eines Trocknungsverfahrens für Luft oder technische Gase gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Derartige Trocknungsprozesse werden je nach Anwendungsbereich durch Unterschreitung der Tau­ punkttemperatur mittels Kompressionskältekreislauf direkt oder indirekt bzw. durch Sorptions­ verfahren (Adsorption und Absorption bzw. Membranabsorption) durchgeführt. Bei der Trocknung von Luft bzw. anderen technischen Gasen kommen Verfahren zur Anwendung, die unter Normaldruck, d. h. drucklos arbeiten wie z. B. Raumluftentfeuchtung und Verfahren, die druckabhängig wie z. B. Druckluft­ trocknung, ihren Einsatz finden.

Bei Trocknungssystemen mittels Taupunktunterschreitung wird der gesamte Volumenstrom der Luft oder des technischen Gases abgekühlt und aufgrund des Wasserdampfteildruckes und unter Berück­ sichtigung der übrigen physikalischen Bedingungen, z. B. absoluter Druck und Temperatur, einen Teil des vorhandenen Wasserdampfes auskondensiert. Dabei wird zwangsläufig der gesamte Gasstrom (Luft oder technisches Gas) abgekühlt. Dieser energetisch notwendige Abkühlvorgang kann mittels Zwischenschaltung eines rekuperativen Wärmeaustauschersystems verbessert werden. Aber auch ein rekuperatives Wärmeaustauschersystem arbeitet aufgrund der endlichen Flächen, der geringen Verweildauer und geringen Temperaturdifferenzen mit einem entsprechendem Wirkungsgrad, so daß damit immer noch ein nicht unerheblicher Energieaufwand verbleibt.

Bei Trocknungsverfahren durch Adsorption bzw. Absorption wird für die Desorbierung ebenfalls ein nicht unerheblicher Energieaufwand benötigt.

Bei Trocknungsverfahren durch Membranabsorption allein werden erhebliche Austauschflächen benötigt um einen kleinen oder mittleren Trocknungsgrad zu erreichen.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde eine Vorrichtung der gattungsgemäßen Art so zu gestalten, daß

• - ein zusätzliches rekuperatives Wärmeaustauschersystem entfallen kann,
• - der Energieaufwand für den nichtkondisierbaren Wasserdampfanteil bzw. Gasanteil sich auf ein absolutes Minimum reduziert,
• - aufgrund des erhöhten Partialdruckgefälles des Wasserdampfes sich ein höherer Trocknungsgrad erreichen läßt.
• - das zu trocknende Medium (z. B. Luft) seine Betriebstemperatur annähernd beibehält.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. In der Fig. 1 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung schematisch dargestellt. Sie besteht im wesentlichen aus ei­ nem als Rohrbündel ausgebildeten Membranfiltersystem 1 (z. B. Hohlfadenmembran etc.). Die zu trocknende Luft bzw. sich das zu trockende technische Gas durchströmt dabei die Innenrohre.

Im Mantelraum 2 des Bündelrohrsystem befindet sich ein zusätzlich untergebauter, mittels Kälte­ kreislauf direkt bzw. indirekt betriebener Kondensationswärmeaustauscher 3. Ferner eine Konden­ sat-/Vakuumpumpe 4 zur Abführung des Kondensats bzw. Herstellung des für den Betrieb erforder­ lichen Vakuums.

Der zu trockenden Luft bzw. des zu trocknenden technischen Gases ist, falls erforderlich, auf der Ein­ trittsseite ein Filter vorgeschaltet (nicht gezeichnet). Die zu trockende Luft bzw. des zu trocknende technischen Gas kann unter Normaldruck bzw. auch unter höherem Druck stehen. Steht das zu trocknende Medium unter höherem Betriebsdruck ergibt sich eine höhere Partialdruckdifferenz zwischen dem Medium (feuchte Luft bzw. technisches Gas) in den Rohren 1 bzw. gegenüber dem Wasserdampf im Mantelraum 2.

Der Mantelraum 2 steht unter Vakuum. Daß durch das Bündelrohr 1 geführte zu trocknende Medium (feuchte Luft bzw. technisches Gas) gibt ein Teil des Wasserdampfes an die hochselektive Membran auf der Innenseite der Rohrbündel ab, der Wasserdampf diffundiert durch die Membran­ schicht und desorbiert in Mantelraum 2 wiederum als Wasserdampf. Hier wird der Wasserdampf im Bereich des untergebauten, herkömmlich mittels Kältekreislauf direkt oder indirekt betriebenen Kon­ densationswärmeaustauschersystems 3 abgekühlt und auskondensiert.

Dabei ist seitens des Kältekreislaufes lediglich die Kondensationswärme des Wasserdampfes ab­ zuführen, im Gegensatz hierzu zu herkömmlichen Systemen muß der gesamte Luftstrom auf Tau­ punkttemperatur abgekühlt werden. Da der Mantelraum 2 in der Regel sich im Unterdruck befindet, muß das anfallende Kondensat mittels einer zusätzlichen kleinen Pumpe 4 abgeführt werden. Die Pumpe 4 sollte sinnvollerweise auch die Eigenschaften einer Vakuumpumpe besitzen, um im Be­ triebs-, Wartungs- und Störungsfalle auch das für den Prozeß notwendige Vakuum herzustellen.

Prinzipiell ist die erfindungsgemäße Vorrichtung sinnvollerweise dort einzusetzen, wo ein reku­ peratives Wärmeaustauschersystem entfallen soll, niedrigere Energiekosten wünschenswert bzw. höhere Wasserdampfpartialdruckdifferenz erforderlich sind.

Claims (6)

1. Vorrichtung zur Durchführung eines Trocknungssystems in Kombination Trocknung mittels Tau­ punktunterschreitung nach dem Kompressionskältekreislauf und Membranabsorptionstrocknung, bestehend aus einem Membranfiltersystem in z. B. Bündelrohrausführung (1), in dessen Innen­ rohren daß zu trocknende Medium geführt wird. Kombiniert mit einem zusätzlichen Kondensa­ tionswärmetauscher (3), der über einen Kältekreislauf direkt oder indirekt betrieben wird und ein­ gebaut in einen gemeinsamen Mantelraum (2) (Gehäuse), welches unter Vakuum steht, wirksam dadurch, daß im gemeinsamen Mantelraum (3) der dem zu trocknendem Medium über das Mem­ bransystem absorbierte Wasserdampf an dem zusätzlichen Kondensationswärmeaustauscher (3) auskondensiert wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß das Vakuum im Mantelraum (2) mittels einer speziellen Kondensat-/Vakuumpumpe (4) hergestellt wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Vakuumpumpe (4) gleich­ zeitig die Funktion einer Kondensatpumpe übernimmt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 unter anderem dadurch gekennzeichnet, daß das zu trocknende Medium ein Membranfiltersystem in Rohrbündelausführung (1) durchströmt und im Mantelraum (2) der absorbierte Wasserdampf desorbiert und mittels zusätzlichem Kondensations­ wärmeaustauscher (3) abgekühlt und auskondensiert werden kann.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß auch andere denkbare Wärme­ austauscherformen anstelle eines Rohrbündels ausgeführt werden können.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß das Membranmaterial z. B. soge­ nanntes Hohlfadenmembranmaterial oder anderen Membranmaterial entspricht.