DE2025205B2

DE2025205B2 - Verfahren und vorrichtung zur adsorption von wasserdampf aus gasen, vorzugsweise luft

Info

Publication number: DE2025205B2
Application number: DE19702025205
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Gräff, Roderich W., Dr.-Ing., 6100 Darmstadt-Arheilgen
Priority date: 1970-05-23
Filing date: 1970-05-23
Publication date: 1976-11-18
Also published as: DE2025205C3; GB1351947A; DE2025205A1; JPS5511368B1; US3757492A

Description

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Regenerationsluft erst nach Ablauf eines Teiles des Regenerationstaktes einer Kammer wieder in diese Kammer und/oder in die zeitlich folgende, zu regenerierende Kammer zurückgeführt wird. _s

Während des übrigen Teiles des Regenerationstaktes wird das Regenerationsmedium ins Freie geblasen.

Für die Ausführung dieses erfindungsgemäßen Verfahrens bieten sich bei Vorrichtungen mit zwei oder mehr mit Adsorptionsmitteln gefüllten Kammern, die durch Ventile oder durch Schiebersteuerungen abwechselnd bzw. zyklisch nacheinander in einen Adsorptionskreislauf oder in einen Regenerationskreislai-f einschaltbar sind, in dem ein Druckerzeuger (Gebläse) und eine Wärmequelle (Heizung) liegen, verschiedene Möglichkeiten, die bei unterschiedlichem Aufwand unterschiedliche Rückgewinnungsbeträge aufweisen.

Bei einer ersten Ausführungsform der Erfindung wird der Regenerationskreislauf in einem hinter dem Kammeranschluß liegenden Steuerungsteil verzweigt und ein Zweig an den vor dem Kammeranschluß liegenden Steuerungsteil zurückgeführt derart, daß zwei durch die beiden Steuerungsteile an den Regenerationskreislauf angeschlossene Kammern in Reihe geschaltet sind. Die aus der — in Strömungsrichtung der Rcgcnerationsiuft gerechnet — ersten Kammer austretende Regenerationsluft hat, da sich diese Kammer am Ende ihres Regenerationstaktes befindet, eine verhältnismäßig hohe Temperatur und wird der im Kreislauf davor liegenden zweiten Kammer zugeführt, die erst mit ihrer Regeneration beginnt. Erst aus dieser Kammer wird die Regenerationsluft ins Freie ausgeblasen. Die Austrittswarme wird somit weitgehend zurückgewonnen, während sie bei einem Ausblasen bereits hinter der ersten Kammer voll verloren wäre.

Besonders günstig hinsichtlich des Zeit- und Energieaufwandes ist eine Ausführung, bei der in dem vor dem Kammeranschluß liegenden Steuerungsteil zu der Heizung ein Nebenanschluß für das Regenerationsmittcl zuschaltbar ist, so daß in der Kühlphase kühlende _4C, Frischluft vom Gebläse unmittelbar unter Umgehung der Heizung in die regenerierte Kammer gedruckt werden kann.

Die Erfindung läßt sich auf alle bekannten Bauarten von Trockenvorrichtungen mit ruhenden oder bewegten Kammern anwenden, wie im folgenden an einigen Beispielen erläutert werden wird, die in der Zeichnung schematisch dargestellt sind. In dieser zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Vierkammertrockner in kreissymmetrischer Anordnung mit diehenden Kammern und einer Flachschiebersteuerung;

Fig. 2 eine Draufsicht auf die obere Haube des Trockners nach Fig. 1;

F i g. 3, 5, 6, 7 und 8 Darstellungen verschiedener Ausführungen des Regenerationstaktes als Abwicklung des Durchlaufs mit den beteiligten Kammern,

Fig. 4 Draufsichten auf die Schlitzplatte und kammerstirnseitige Lochplatte einer Flachschiebersteuerung gemäß Fig. 3.

Bevor auf Einzelheiten der Ausführung der Taktsteuerung eingegangen wird, wird zum besseren Verständnis zunächst der Aufbau eines Adsorptions trockners mit vier Kammern und zwei Flachschieberstcuerungen gemäß F i g. 1 und 2 beschrieben. Auf einer drehbar gelagerten Welle 1 sind zwei Lochscheiben 2 und 2a montiert, zwischen denen vier mit Adsorptionsmitteln gefüllte Kammern A, B, C und D angebracht sind. Der Antrieb dieser Welle isi aus Gründen der besseren Übersichtigkeit nicht dargestellt. Über Federn 15 werden zwei feststehende Steuerscheiben 7 und Ta gegen die Lochscheiben angedrückt; sie bilden mit diesen zusammen Flachschiebersteuerungen, mit denen die einzelnen Kammern zyklisch in die verschiedenen Kreisläufe des Adsorptions- und des Regenerationstaktes eingeschaltet werden. Die Steuerscheiben sind durch Hauben 8, 8a nach außen abgeschlossen, und diese Hauben sind an die Rohrleitungen 14,17 bzw. 11,20 der beiden Kreisläufe angeschlossen. Die Welle 1 dreht sich zusammen mit den Lochscheiben 2, 2a und den dazwischen montierten Trockenkammern A bis D gleichmäßig zwischen den feststehenden Steuerscheiben.

Im Trocknungskreislauf 11, 20 saugt ein Gebläse 10 die zu trocknende Luft an und drückt sie durch die Leitung 11 über die Steuerscheibe 7 und die Lochscheibe 2 durch das Adsorptionsmittel in der Trockenkammer B, aus der sie durch die Lochscheibe 3;;, die Steuerscheibe 7a und die Rohrleitung 20 in den Trockcnkreislauf gedrückt wird, in dem z. B. ein Granulattrichter liegt, der mit Kunststoff gefüllt ist und durch den die warme trockene Luft strömt.

Im Regenerationskreislauf 14, 17 saugt ein zweites Gebläse aus einer Leitung 13 Außenluft an und drückt sie über eine Heizkammer 18, die Steuerscheibe 7 und die Lochscheibe 2 in das Adsorptionsmittel der Trockenkammer D. Je nach dem zur Verwendung kommenden Adsorptionsmittel wird diese Luft in der von einem Thermostaten gesteuerten Heizkammer auf eine ausreichend hohe Temperatur, z. B. 250 bis 300⁰C, aufgeheizt, um den im Adsorptionsmittel der Kammer D angereicherten Wasserdampf auszutreiben. Aus der Kammer tritt die Regenerationsluft über die Lochscheibe 2a und die Steuerscheibe 7a zu einem Teil in die Rohrleitung 17 und entweicht zu einem anderen Teil durch den Stutzen 16 in die Atmosphäre. Dieser entweichende Anteil wird durch den unteren Stutzen 13 wieder aus der Raumluft ergänzt. In der Rohrleitung 17 wird ein Teil der Regenerationsluft zum Gebläse 12 zurückgeführt, was sich in einer Verringerung der Heizleistung auswirkt, weil die temperaturabhängige Aufnahmefähigkeit der Luft für Wasserdampf vollständig genutzt wird. Andererseits behindert jedoch diese zurückfließende heiße Regenerationsluft, wie bereits ausgeführt wurde, die Kühlphase am Schluß des Regenerationstaktes.

Die Steuerung der Trockenluft und der Regenerationsluft kann ein- oder beidseitig über eine Steuerscheibe zusammen mit einer Lochplatte erfolgen. In der der Erläuterung dienenden Anordnung nach Fig. 1, 2 sind die beiden Flachschiebersteuerungen 7, 2 bzw. 7 a. 2n kongurent. In der Steuerscheibe 7a sind ?uf Kreisbogen zwei Steuerschlitze 21, 22 unterschiedlicher Länge angeordnet, von denen der eine zum Regenerationskreislauf und der andere zum Adsorptioriskreislaul gehört. Im folgenden wird im Rahmen der Erfindung nur die Steuerung des Regenerationskreislaufes behandelt.

In Fig. 1. 2 liegt z. Z. die Kammer D iir Rcgcncrationskreislauf, in den — bei einer Drehung in' Uhrzeigersinne — in Kürze auch die Kammer A eintreten wird, und kurze Zeit später wird Kammer L getrocknet und gekühlt den Regeneraiionskreislau verlassen und in den Trocknungskreislauf wandern.

Für die Ausführung der Erfindung zur Rückgewin nung der Regenerationswärme sind in den F 1 g. 4 bis i verschiedene Beispiele im Schema einer Abwicklung des Regencrationstaktes R — dessen Anteil am Zyklu;

aus F i g. 4 zu entnehmen isl — dargestellt. Gleiche Bez.ugszahlen bezeichnen der Darstellung in Fig. 1, 2 entsprechende Bauteile. Die Fortbewegungsrichtung ist von links nach rechts in Richtung des Pfeiles F angenommen.

Im Ausführungsbeispiel der F" i g. 3 entspricht der Aufbau des Regencrationskreislaufes dem nach Fig. 1, wie sich durch Vergleiche leicht feststellen läßt, — bis auf eine Abänderung in der oberen Flachschiebersteuerung: deren .Steuerschlitz ist nunmehr unterteilt in zwei Schlitze 21', 21" (Ii g. 4), denen eine zweiteilige Haube 8.T, 8a" entspricht. Die in der Heizkammer 18 erhitzte Regenerationsluft wird vom Gebläse 12 durch die Leitung 14 in die unlere Haube 8 gedruckt, tritt durch die untere Flachschiebersteuerung 2, 7 in die zu regenerierende Kammer Wund aus dieser im ersten Teil des Regenerationstaktes durch den Schlitz 21' der oberen Flachschiebersteuerung 2,7. 7 a in die Haube 8;/' und aus dieser durch den Stutzen 16 ins Freie, im zweiten Teil des Taktes hingegen durch den Schlitz 21" in die Haube 8;/", aus der sie vom Gebläse 12 durch die I.ellung 17 angesaugt und dem Regencrationskreislauf wieder zugeführt wird. Durch den Stutzen 16a kann auch gesteuert eine Teilmenge ins Freie entweichen, die dann über den Ansaugstutzen 13 durch Frischluft ersetzt wird. — Die in dieser Phase aufgewendete Heizleistung wird also ganz oder teilweise zurückgewonnen. Während die Luft in der Leitung 14 z. B. 240"C heiß ist. betragt ihre Temperatur in der Leitung 17 noch 70' C und darüber.

Den Stcuerungs- und Umschaltvorgang erläutert I 1 g. 4 Im oberen Teil ist die Steuerscheibe 7a mit den Schlitzen 21'. 21" und 22 dargestellt, im unteren Teil die Lochplatte 2,7 mit den den vier Kammern zugeordneten Fin- bzw. Austritlslöchern .(bis d Die im oberen Teil der I 1 g. 4 gestrichelt eingezeichneten Kreise sollen demgegenüber nur verschiedene Stellungen ein und derselben Öffnung, z. B. u. während ihrer Wanderung längs des Steuerschlitzkreiscs andeuten.

Breite und Gestaltung der Übergangssegmente zwischen den einzelnen Steucrschlitzen bestimmen die Umschaltvorgänge zwischen den einzelnen Phasen. So kann eine Kammer aus einem Kreislauf zunächst völlig abgeschaltet werden, bevor sie in den anderen übertritt. In der Darstellung nach F i g. 4 ist sie im Regenerationskreislauf für eine kurze Zeit sowohl an die Haube 8' als auch an die Haube 8" angeschlossen, weil der Abstand 5 zwischen den Steuerschlitzen 21', 21" kleiner ist als der Durchmesser der Löcher a bis <±

F i g. 5 zeigt die Abwicklung des Steuerschemas einer Weiterbildung der Steuerung nach F"ig. 3, bei der auch bei der unteren Schiebersteuerung Steuerschlitz und Haube 8 unterteilt sind Im Regenerationskreislauf liegen zwei Kammern A und D. Da gleichmäßige Fortbewegung vorausgesetzt wird, ergibt sich aus der Darstellung, daß die oberen und unteren Steuerschlitzteile verschieden lang sind Die untere Haube 8' ist wieder über die Leitung 14 an die Heizkammer 18 angeschlossen, die Haube 8" jedoch über eine Stichleitung 19 unmittelbar an die Druckseite des Gebläses IZ Diese Anordnung ist zum Zwecke einer wirksamen Rückkühlung gegen Ende des Regenerationskreislaufes getroffen, wie sich aus folgendem ergibt:

— Zu Beginn des Regenerationstaktes {Stellung Kammer A) wird eine Kammer mit heißer Trocknungsluft beaufschlagt, die aus der Haube %ä über den Stutzen 16 ins Freie entweicht;

— später, gegen Ende des Taktes (Stellung Kammer D), wird die aus der Kammer austretende Luft in der Haube 8,7" erfaßt und über die Leitung 17 zum Gebläse zurückgeführt;

— am F.ndc des Taktes wird die Kammer, zwischen den Hauben 8" und 8a" stehend, aus der rückgeführten Regenerationsluft, gemischt mit Frischluft vom Stutzen 13, abgekühlt, während über die Heizkammer 18 und Leitung 14 schon die nächstfolgende Kammer beaufschlagt wird.

Im Beispiel der Fig.6 wird — bei etwas anderer Verteilung der Schlitzlängen in der unteren Steuerung 7, 2 die rückgeführte Trocknungsluft zur Vortrocknung einer Kammer zu Beginn des Regenerationstaktes genutzt, indem die Leitung 17 nicht an die Ansaugseite des Gebläses 12, sondern an die erste Haube 8' angeschlossen wird. Erst in der Mitte des Regencrationstaktcs wird die Kammer mit hoch erhitzter Trocknungsluft beaufschlagt. Solange der Kammerinhalt einen hohen Feuchtigkeitsgehalt hat, wird die Trocknungsluft über die Haube Sa' und den Stutzen 16 ins Freie geblasen, gegen linde des Taktes jedoch über die Haube Sa" und die Leitung 17 in den Regenerationskreislauf zurückgeführt.

In Fig. 7 der Zeichnung ist der Taktablauf einer Anordnung dargestellt, die. wie ein Vergleich augenscheinlich ergibt, Ijei etwas anderer zeitlicher Verteilung aus den Anordnungen nach F i g. 5 und 6 kombiniert ist. Die Taktzeit ist in der oberen Steuerung 2a, 7a gerade hälftig unterteilt, so daß sich ein Optimum an Wärmerückgewinnung ergibt. In das Ende der zweiten Takthälfte ist durch nochmalige Unterteilung der unteren Steuerung — Kammern 8', 8" und 8'" — ein Kühltakt gemäß F i g. 5 eingeschaltet mittels eines bypass zur Heizkammer 18 mit der Stichleitung 19. — Diese Ausführung eignet sich insbesondere für größere Trockenvorrichtungen mit mehr als vier Kammern, da die Kammern, wie Fig. 7 zeigt, verhältnismäßig dicht stehen.

In der Ausführung nach Fig.8 ist schließlich die Vorrichtung nach Fig. 7 mit der Vorrichtung nach Fi g. 7 kombiniert, d. h. in der zweiten Takthälfte wird die Trocknungsluft nacheinander zunächst dem Gebläse 12 zugeführt und in der Heizkammer 18 nochmals erhitzt und dann gegen Ende des Taktes in der Kühlphase unmittelbar zur Vortrocknung verwendet. Es ergeben sich folgende Takte:

1. Vortrocknung mit Kühlluft über Leitung 17a— Kammer A — Auslaß ins Freie durch Stutzen 16:

2. Trocknung mit Heißluft durch Leitung 14 — Kammer A - Auslaß ins Freie durch Stutzen 16;

3. Trocknung mi! Heißluft durch Leitung 14 — Kammer A - Rückführung über Leitung 17 zum Gebläse 12. ganz oder teilweise (Stutzen 16a, 13);

4. (zugleich mit 1.) Abkühlung über Leitung 19— Kammer D - mit Rückführung über Leitung 17a — Kammer A.

Diese Beispiele und allgemein der Erfindungsgedanke lassen sich sinngemäß auch für Adsorptionstrockner anwenden, bei denen nicht mit einer Schiebersteuerung, sondern mit Ventilen gearbeitet wird, d;« das I imschalten der Trocknungsluft in den einzelnen Phasen des Regenerationstaktes auf die verschiedenen Kammern besorgen. Die Vorteile der Erfindung sind jedoch besonders wirtschaftlich bei Adsorptiorstrocknern, die mit Schiebersteuerungen arbeiten, da der zusätzliche Aufwand zur Ausfuhrung der Erfindung, dh. der zusätzliche bauliche Aufwand zu einer Ausführung nach

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I'i g. 1, 2, außerordentlich niedrig ist. l-s müssen in den Hauben der .Schiebersteuerungen jeweils nur zusätzliche Zwischenwände vorgesehen und einige wenige Rohrverbindungen zwischen Kin- und Auslaßseitc vorgesehen werden; zusätzliche Ventile oder zeitabhängige Steuervorrichtungen mit entsprechenden Kontaktgebern oiler Relais sind nicht nötig. Die gleichen

Vorteile bieten sich bei Lufltrocknerii, bei denen da· Adsorptionsmittel in einem sich drehenden Zylinderbehalter untergebracht ist und dieser segmentweise vor Regenerationsluft bzw. der zu trocknenden Luft durchströmt wird (britische Palentschrift 5 32 481), se daß diese Segmente in dem Behälter ebenfalls »Kammern« bilden.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Adsorption von Wasserdampf aus Gasen, vorzugsweise Luft, in mit einem Adsorptionsmittel gefüllten Kammern, von denen im Takt jeweils mindestens eine Kammer von dem zu trocknenden Gas und mindestens eine andere Kammer von erhitzter Luft zur Regeneration durchströmt wird (Regenerationsluft), von der mindestens ein Teil im Kreislauf wieder in diese Kammer zurückgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Regenerationsluft erst nach Ablauf eines Teiles des Regenerationstaktes einer Kammer wieder in diese Kammer und/oder in die zeitlich folgende, zu regenerierende Kammer zurückgeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil der im Kreislauf zurückgeführten Regenerationsluft vor ihrem Widereintritt in die Regenerationskammer(n) aufgeheizt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer im letzten Teil des Regenerationstaktes mit dem nicht aufgeheizten Teil der im Kreislauf zurückgeführten Regenerationsluft gekühlt wird.

4. Vorrichtung zur selektiven Adsorption von Wasserdampf nach einem Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2 mit zwei oder mehr mit Adsorptionsmitteln gefüllten Kammern, die durch Ventile oder durch Schiebersteuerungen abwechselnd bzw. zyklisch nacheinander in einen Adsorptionskreislauf oder in einen Regenerationskreislauf einschaltbar sind, in dem ein Druckerzeuger (Gebläse) und eine Wärmequelle (Heizung) liegen, dadurch gekennzeichnet, daß der Regenerationskreislauf (14, 17) in einem hinter dem Kammeranschluß liegenden Steuerungsteil (2a, 7a) verzweigt und ein Zweig (17a) an den vor dem Kammeranschluß liegenden .Steuerungsteil (2, 7) zurückgeführt ist derart, daß zwei durch die beiden Steuerungsteile an den Rcgenerationskreislauf (13, 14, 17a, 16) angeschlossene Kammern (A, D) in Reihe geschaltet sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in dem vor dem Kammeranschluß liegenden Steuerungsteil (2, 7) zu der Heizung (18) ein Nebenanschluß (19) für das Regenerationsmittel zuschaltbar ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 oder 5, bei der Teile der Rohrleitungen der Kreislaufsysteme für das zu behandelnde und das zu regenerierende Medium und die Kammern relativ zueinander eine Drehbev/egung ausführen und die Kammern kreissymmelrisch zur Achse dieser Drehbewegung angeordnet und stirnseitig mit den inneren Steuerscheiben von Flachschiebersteuerungcn verbunden sind, deren äußere, feststehende Steuerscheiben als Kreisringabschnitte ausgeführte Stcuerschlii/c haben und unter Hauben angeordnet sind, an welche die äußeren feststehenden Teile der Kreislaufsysteme angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die an den Rcgenerationskreislauf angeschlossenen Hauben durch Radialwände, welche sich zwischen Kreisringabschnitten erstrecken, in eine der Zahl der Leitungsanschlüsse gleiche Zahl von Sektoren unterteilt sind.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Adsorptior von Wasserdampf aus Gasen, vorzugsweise Luft, in mil einem Adsorptionsmittel gefüllten Kammern, vor denen im Takt jeweils mindestens eine Kammer vor dem zu trocknenden Gas und mindestens eine anders Kammer von erhitzter Luft zur Regeneration durchströmt wird (Regenerationsluft), von der mindestens ein Teil im Kreislauf wieder in diese Kammer zurückgeführt wird. Außerdem betrifft die Erfindung eine Vorrichtung ίο zur Durchführung des Verfahrens.

Ein Anwendungsbeispiel sind Geräte, die Luft trocknen, wie sie häufig in der kunststoffverarbeitenden Industrie angewandt werden. Bei solchen Adsorptionsgeräten — im folgenden auch kurz Lufttrockner genannt — kann man unterscheiden zwischen Lufttrocknern, bei denen zwei oder mehr mit Adsorptionsmittel gefüllte feststehende Kammern vorhanden sind, die durch Ventile abwechselnd bzw. zyklisch nacheinander auf einen Regenerationskreislauf und einen Adsorptionskreislauf geschaltet werden (System Whitelock oder Una-Dyn) und Lufttrocknern, bei denen sich zwei oder mehr Kammern, verbunden mit einer Achse, langsam drehen und über mitdrehende Fiachschicbersteuerungeij an die räumlich feststehenden Rohrleitungssysteme der Kreisläufe angeschlossen sind (DT-OS 15 44 036).

Während des Regencrationszyklus werden die mit dem Adsorptionsmittel gefüllten Kammern durch das Hindurchleiten von heißer Luft (von etwa 25°C) hoch erhitzt und hierdurch von den adsorbierten Molekülen befreit.

Bei der bekannten Vorrichtung (DT-OS 15 44 036) wird ein Teil der austretenden, mit Feuchtigkeit beladenen Regenerationsluft wieder der Saugseite eines im Regenerationskreislauf liegenden Gebläses zugeführt. Für diese Luftmenge wird daher die Energie gespart. Nun ist üblicherweise gegen Ende eines Regenerationszyklus ein Kühltakt notwendig, da nur ein gekühltes Adsorptionsmittel wieder neu adsorptionsfähig ist. In diesem Kühltakt wird die Heizung eines im Kreislauf hinter dem Gebläse liegenden Lufterhitzers abgeschaltet. Bei der bekannten Einrichtung wird nun diese Kühlung stark behindert bzw. der Kühltakt verlängert, da immer ein gewisser Anteil der Regenerationsluft aus zurückfließender heißer Regenerationsluft besteht. Auch ist es nachteilig, daß bei Rückführung der Regenerationsluft am Ende des Regenerationszyklus Feuchtigkeit wieder in die langsam abkühlende Kammer eingeführt wird, wo sie adsorbiert wird und die Kapazität der Kammer herabsetzt. Da die Rückführung zwangsläufig während des gesamten Regenerationszyklus erfolgt, ergibt sich als zusätzlicher Nachteil, daß am Anfang in der Rückleitung starke Kondensation auftritt, da dann das aus der Kammer austretende und rückgeführte Regenerationsmedium noch relativ kalt, aber hochgesättigt ist. Am Ende des Regenerationstaktes wird ein Teil der Regenerationsluft zwei Kammern zugeführt, dies jedoch nur, um das im Regenerationskreislauf liegende Gebläse kontinuierlich arbeiten zu lassen und nicht zum Zwecke der Verringerung des Energieaufwandes. Dabei handelt es sich um eine Parallelschaltung der beiden Kammern insofern, als auch die durch die hinzugeschaltete Kammer tretende Regenerationsluft am Rückführungskreislauf teilnimmt.

Aufgabe der Erfindung ist es, den zur Erhitzung der Regenerationsluft nötigen Energieaufwand noch weiter herabzusetzen, von dem im wesentlichen der Wirkungsgrad solcher Adsorptionsgeräte abhängt.