DE2828914A1

DE2828914A1 - Verfahren und vorrichtung zum trocknen und kuehlen eines gutes

Info

Publication number: DE2828914A1
Application number: DE19782828914
Authority: DE
Inventors: Helmut Springmann
Original assignee: Linde GmbH
Current assignee: Linde GmbH
Priority date: 1978-06-30
Filing date: 1978-06-30
Publication date: 1980-01-10

Description

Die Erfindungt betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Trocknen und Kühlen eines Gutes, bei dem ein Gasstrom mindestens teilweise einem Kreislauf zugeführt und nacheinander in einem Kompressor verdichtet und mindestens teilweise gekühlt, entspannt, mit dem Gut in Wärmetausch gebracht, erwärmt und schließlich zum Kompressor zurückgeführt wird.

Ein derartiges Verfahren ist bekannt. Das im Kreislauf erzeugte kalte Gas wird dazu verwendet, in einem Kühlraum oder in einer Kühlzone befindliches Gut abzukühlen. Die komprimierten und abgekühlten Gase werden entspannt, kühlen sich dabei weiter ab und werden mit dem Gut in Wärmetausch gebracht. Sie nehmen

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Wärme aus dem Gut auf, das sich dabei abkühlt, und werden anschließend aus der Kühlzone abgezogen. Im Wärmetausch mit dem komprimierten Gasstrom wird das Gas weiter erwärmt und zuletzt zur erneuten Verdichtung dem Kompressor wieder zugeführt. Zur Entfernung von Feuchtigkeit aus dem Gasstrom ist im Kreislauf eine Trockenstation vorgesehen.

Es ist ein entscheidender Nachteil des bekannten Verfahrens, daß die Feuchtigkeit, die von dem Gasstrom aus dem abzukühlenden Gut aufgenommen wird, zu unerwünschten Betriebs-, störungen führt, vor allem wenn das Gut, wie dies beispielsweise bei manchen Lebensmitteln der Fall ist, viel Feuchtigkeit abgibt. Die Feuchtigkeit fällt bei der Entspannung als Schnee aus und/oder schlägt sich als unerwünschte Eisschicht an den Rohrleitungen nieder. Diese störenden Nebenerscheingungen führen dazu, daß die Kälteerzeugung immer wieder unterbrochen werden· muß. Als Abhilfe wäre der Einbau einer leistungsstärkeren Trockenstation in den Kreislauf denkbar, damit verteuert sich jedoch die Anlage. -

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Trocknen und Kühlen eines Gutes zu entwickeln, das sich durch hohe Betriebssicherheit und niedrige Kosten auszeichnet. ' .

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß auf zweierlei Art gelöst: Zum einen wird vorgeschlagen, daß das Trocknen und

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Kühlen des Gutes in einem Kühlraum zeitlich nacheinander durchgeführt wird, wobei beim Trocknen die Entspannung in einem Ventil und beim Kühlen in einer Entspannungsmaschine vorgenommen wird.

Zum anderen wird zur Lösung der Aufgabe erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß das Trocknen und Kühlen des Gutes in räumlich getrennten Zonen eines Kühltunnels, durch den das Gut bewegt wird, durchgeführt wird, wobei der gesamte Gasstrom vorverdichtet, vorgetrocknet und in zwei Teilströme zerlegt wird, von denen der eine der Trockenzone und der andere dem Kreislauf zugeführt wird und daß die Entspannung des im Kreislauf geführten Gasstroms teils in einer Entspannungsmasehine und/oder in einem parallel zur Entspannungsmaschine geschalteten Ventil vorgenommen wird. - -~~-^_

Im ersten Fall wird vor der Aufnahme der Kälteerzeugung im Rohrsystem des Kreislaufs und im abzukühlenden Gut befindliche Feuchtigkeit entfernt unter Verwendung der im Kreislauf ohnehin vorhandenen Einrichtungen. In diesem Verfahrensabschnitt wird das im Kompressor verdichtete Gas unter Umgehung der Entspannungsmaschine in den Kühlraum geleitet. Ohne den Einsatz zusätzlicher Trockenvorrichtungen wird die Feuchtigkeit von dem warmen Gas aufgenommen und kann aus der Anlage entfernt werden, z.B. mit Hilfe eines Abscheiders. Sobald der erwünschte Trocknungsgrad erreicht ist, wird die Umgehungsleitung geschlossen und die Zuführungsleitung zur Entspannungsmaschine geöffnet.

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Nun kann in dem Kreislauf Kälte erzeugt werden, ohne daß es zu Vereisungen in den Rohrleitungen und in der Entspannungsmaschine kommt, da das im Kühlraum befindliche Gut weitgehend trocken ist.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des Erfindungsgegenstandes wird der dem Kreislauf beim Kühlen zugeführte Gasstrom durch einen Trockner geführt. Bei einer weiteren zweckmäßigen Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes wird beim Trocknen eine Teilmenge des komprimierten Kreislaufgases zum Regenerieren des Trockners verwendet.

Im zweiten Fall befindet sich das zu behandelnde Gut nicht in einem Kühlraum, sondern wird durch einen Kühltunnel bewegt. Das Trocknen und Kühlen kann bei diesem Lösungsvorschlag kontinuierlich durchgeführt werden, während im ersten Fall ein kontinuierlicher Betrieb nicht möglich ist; der Kühlraum muß ." nach dem Abkühlen des Gutes entleert und mit neuem Gut gefüllt werden. In einer Trockenzone wird das Gut mit vorverdichtetem und vorgetrocknetem Gas in Kontakt gebracht. Dabei wird Feuchtigkeit aus dem Gut entfernt. Ein Teil des vorverdichteten und vorgetrockneten Gasstroms wird dem Kältekreislauf zugeführt. Das im Kältekreislauf erzeugte kalte Gas wird dem Gut in einer Kühlzone zugeführt, die das'Gut nach Durchfahren der Trockenzone erreicht. Die Entspannung des im Kreislauf geführten Gasstroms wird teils in einer Entspannungsmaschine und/oder in einem parallel

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zur Entspannungsmaschine geschalteten Ventil vorgenommen.

Die Parallelschaltung eines Entspannungsventils zur Entspannungsmaschine hat folgenden Vorteil: Besitzt das abzukühlende Gut eine schlechte Wärmeleitfähigkeit, kann es die von der Turbine gelieferte Kälteleistung nicht schnell genug aufnehmen, es wird nur an der Oberfläche gekühlt, der Gasstrom wird durch Wärmetausch mit der sehr kalten Oberfläche ebenfalls rasch kälter und die Temperatur an der Eingangsseite und damit auch an der Ausgangsseite der Turbine sinkt sehr schnell weiter. Um diesen Kreislauf zu durchbrechen, wird bei Bedarf ein Teil der Gasmenge über eine Bypass-Leitung an der Entspannungsmaschine vorbei in den Kühlraum geleitet.

Es erweist sich als günstig, wenn gemäß einer Modifikation des Erfindungsgegenstandes mindestens ein Teil des im Kältekreislauf geführten Gasstromes vor seiner Entspannung durch einen separaten Anwärmquerschnitt des Wärmetauscher, in dem der komprimierte Anteil des Gasstroms in Wärmetausch mit dem aus der Kühlzone angezogenen Anteil des Gasstroms gebracht wird, geführt wird. Das angewärmte Gas wird dem der Entspannungsmaschine zugefUhrten Gas zugemischt. Dies hat den Vorteil, daß die Kälteleistung der Entspannungsmaschine reduziert werden kann, ohne daß die Strömungsgeschwindigkeit des Gases verringert werden muß.

Beide erfindungsgemäßen Verfahren sind besonders geeignet bei Verwendung von Luft als Gasstrom.

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Zur Durchführung der beiden erfindungsgemäßen Verfahren wird vorgeschlagen, die Entspannungsmaschine durch eine ein Durchgangs- oder ein Entspannungsventil enthaltende Gasleitung zu überbrücken.

Weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand von schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen besehrieben.

Hierbei zeigt:

Figur 1 ein Schaltbild eines Kältekreislaufs zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens Figur 2 einen modifizierten Kältekreislauf gemäß Figur 1.

Das erfindungsgemäße Verfahren soll am Beispiel der Trocknung und Kühlung eines Gutes mit Luft näher erläutert werden. Das zu behandelnde Gut befindet sich in einem Kühlraum Im ersten Verfahrensabschnitt, in dem das Gut getrocknet wird, sind die Ventile 9 und 13 geschlossen, die Ventile 10, 11 und 12 mindestens teilweise geöffnet. Durch Ventil 10 wird Luft vom Kompressor 3 angesaugt, in einem Kühler 4 gekühlt und gelangt in einen Abscheider 5* in dem Wasser abgeschieden wird. Als Kühlflüssigkeit im Kühler 4 wird beispielsweise Wasser verwendet, jedoch können selbstverständlich auch andere geeignete Fluide verwendet werden. Die Luft wird dann durch einen Wärmetauscher 6 geführt und gelangt über das Durchgangsventil 12 in den Kühlraum 8, wo sie Feuchtigkeit aus dem Gut aufnimmt. Die feuchte Luft wird über einen zweiten Strömungsquerschnitt

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des Wärmetauschers 6 zum Kompressor 3 zurückgeführt und erneut verdichtet. Die aus dem Gut entfernte Feuchtigkeit schlägt sich im Abscheider 5 nieder. Mit dieser Methode läßt sich ein Feuchtigkeitsgehalt von 20 % relativer Luftfeuchte erreichen. Eine durch die Stellung von Ventil 11 regulierbare Teilmenge der komprimierten Luft kann bei Bedarf zum Regenerieren eines Trockners 2 verwendet werden, dessen Funktion im folgenden erklärt wird.

Nach dem Trocknen und Regenerieren wird im zweiten Verfahrensabschnitt die Anlage auf Abkühlbetrieb geschaltet. Die Ventile 10, 11 und 12 werden geschlossen und die Ventile 9 und \J) geöffnet. Über eine Leitung 1 wird Luft zu einem Trockner 2 geführt. Der Trockner 2 kann ein Geltrockner sein, der auch durch einen Doppeltrockner ersetzt werden kann. Werden im Kreislauf Temperaturen unter 140 K erreicht, muß an dieser Stelle ein Molsiebadsorber eingebaut werden. Die getrocknete Luft strömt durch Ventil 9 zum Kompressor 3 und wird verdichtet auf einen Druck von K bis 7 bar, vorzugsweise 5>5 bar. Die komprimierte Luft, die den Kompressor mit einer Temperatur von 420 K verläßt, wird im Kühler 4- auf Umgebungstemperatur abgekühlt und im Abscheider 5 von Wasser befreit. Die Luft wird anschließend im Wärmetauscher 6 weiter abgekühlt auf ca. I50 bis 200 K. In diesem Temperaturbereich arbeitet das Verfahren mit der größten Wirtschaftlichkeit. Die abgekühlte Luft gelangt über Ventil 13 in eine Entspannungsmaschine 7, wo sie unter Leistung von Arbeit auf einen Druck von ca. 1,2 bar entspannt wird. Dabei kühlt sie

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sich weiter ab. Beispiele für die Temperaturen an der Eingangsund der Ausgangsseite der Entspannungsmaschine sind in Tabelle 1 angegeben. Die kalte Luft wird in den Kühlraum 8 geleitet, in dem sich das abzukühlende Gut befindet und nimmt Wärme aus dem Gut auf. Die Luft, die den Kühlraum 8 verläßt, wird wie im ersten Verfahrensabschnitt im Wärmetauscher 6 gegen den komprimierten Teil des Luftstroms weiter erwärmt bis auf.Umgebungstemperatur und schließlich dem Kompressor 3 auf der Saugseite wieder zugeführt. Bei Bedarf kann zur Reduzierung der Kälteleistung der Entspannungsmaschine 7 diese durch eine mit einem Entspannungsventil versehenen Bypass-Leitung überbrückt werden.

Beim Verfahren gemäß Figur 2 wird das abzukühlende Gut entlang Pfeil 14 bewegt. Es gelangt zunächst in eine Trockenzone 15 und wird anschließend durch eine Kühlzone 16 bewegt, die durch einen Tunnel I7 gebildet ist. Durch Leitung l8 wird Luft einem ersten Kompressor I9 zugeführt. Der aus dem Kompressor mit einem Druck von K bis 7 bar austretende Luftstrom wird mindestens teilweise in einem Kühler 20 auf Umgebungstemperatur gekühlt und auskondensierendes Wasser in einem nachfolgenden Abscheider 21 entfernt. Als Kühlmedium im Kühler 20 wird Wasser verwendet, jedoch ist selbstverständlich auch hier die Verwendung eines anderen Kühlmittels möglich. Die im Abscheider 21 von Wasser befreite Luft wird in zwei Teilströme aufgeteilt. Der erste Teilstrom wird im Entspannungsventil 22 entspannt und der Trockenzone I5 zugeführt, wo er das abzukühlende Gut von Feuch-

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tigkeit befreit. Der zweite Teilstrom wird über ein Ventil 23 einem Trockner 24, beispielsweise einem Geltrockner, zugeführt. Auch der Trockner 24 kann als Doppeltrockner ausgebildet sein. Der Trockner 24 besitzt eingangsseitig eine mit einem Ventil 25 verschließbare Leitung ins Freie, ausgangsseitig ist er über ein Ventil 26 mit dem Kältekreislauf verbunden. Über ein Ventil 27 ist die Ausgangsseite des ersten Kompressors I9 mit der Ausgangsseite des Trockners 24 verbunden. Zum Regenerieren des Trockners 24 sind die Ventile 25 und 27 geöffnet, die Ventile 23 und 26 geschlossen, während beim Kühlbetrieb umgekehrt die Ventile 23 und 26 geöffnet und die Ventile 25 und 27 geschlossen sind. Im Kältekreislauf wird die Luft in einem zweiten Kompressor 28 analog zur Figur 1 verdichtet und in einem nachfolgenden Kühler 29 abgekühlt. Als Kühlmedium wird beispielsweise Wasser verwendet. Die Luft wird in einem Wärmetauscher 30 weiter abgekühlt und dann zum Teil über eine Entspannungsmaschine 32 und/ oder über ein Entspannungsventil 33 in die Kühlzone geleitet. Die Durchtrittsmenge durch das Ventil 33 bestimmt die Kälteleistung; je größer der durch die Entspannungsmaschine 32 strömende Luftanteil ist, umso höher ist die Kälteleistung. Ein Anwärmquerschnitt am Wärmetauscher 30 durch den je nach Stellung des Ventils 31 ein Teil der der Entspannungsmaschine 32 zugeführten Gasmenge geführt wird, ermöglicht ebenfalls die Reduzierung der Kälteleistung in der Entspannungsmaschine 32 bei Beibehaltung der hohen Strömungsgeschwindigkeit. Nach dem Wärmetausch mit dem Kühlgut in der Kühlzone l6 wird die Luft im Wärmetauscher

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30 weiter erwärmt und auf der Saugseite dem zweiten Kompressor 28 wieder zugeführt.

Die Trockner 2 und 24 werden zweckmäßigerweise .so ausgelegt, daß sie während des gesamten Arbeitstages nicht regeneriert werden müssen.

Die erfindungsgemäßen Verfahren eignen sich besonders für das Trocknen und Kühlen von Gummi in einer Gummimahlanlage sowie zum Trocknen und Kühlen von Lebensmitteln.

Mit dem erfindungsgemäßen Luftkältekreislauf läßt sich zum Beispiel auch in vorteilhafter Weise die Kälte für eine Rectisolwäsche erzeugen. Man verwendet in diesem Fall als Entspannungsgas Druckstickstoff.

Als Beispiel sind einige Betriebsdaten in der folgenden Tabelle 1 zusammengestellt:

25

Luftdruck 5*5 ataj Luftmenge beliebig, vorzugsweise 200 bis 500 Nm⁵/h

20

Lufteintritt Luftaustritt

Temperaturen an der Entspannungsmaschine

300 K
227 K

250 κ 191 κ

200 K

150 κ

Leerseite

Claims

Patentansprüche

[lJ Verfahren zum Trocknen und Kühlen anes Gutes, bei dem ein Gasstrom mindestens teilweise einem Kreislauf zugeführt und nacheinander in einem Kompressor verdichtet und mindestens teilweise gekühlt, entspannt, mit dem Gut in Wärmetausch gebracht, erwärmt und schließlich zum Kompressor zurückgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Trocknen und Kühlen des Gutes in einem Kühlraum (8) zeitlich nacheinander durchgeführt wird, wobei beim Trocknen die Entspannung in einem V ntil (12) und beim Kühlen in einer Entspannungsmaschine (7) vorgenommen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der dem Kreislauf beim Kühlen zugeführte Gasstrom (l) durch einen Trockner (2) geführt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß beim Trocknen ein Teilstrom von dem komprimierten Gasstrom abgezweigt und dem Trockner (2) zum Regenerieren zugeführt wird.

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ORIGINAL INSPECTED

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4. Verfahren zum Trocknen und Kühlen eines Gutes, bei dem ein Gasstrom mindestens teilweise einem Kreislauf zugeführt und dort nacheinander in einem Kompressor verdichtet und mindestens teilweise gekühlt, entspannt, mit dem Gut in Wärmetausch gebracht, erwärmt und schließlich zum Kompressor zurückgeführt, dadurch gekennzeichnet, daß das Trocknen und Kühlen des Gutes in räumlich getrennten Zonen (15,16) eines Kühltunnels, durch den das Gut bewegt wird, durchgeführt wird, wobei der gesamte Gasstrom (l8) vorverdichtet, vorgetrocknet und in zwei Teilströme geteilt wird, von denen der eine der Trockenzone (15) und der andere dem Kreislauf zugeführt wird und daß die Entspannung des im Kreislauf geführten Gasstroms teils in einer Entspannungsmaschine (32) und/oder in einem parallel zur Turbine geschalteten Ventil (33) vorgenommen wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Teil des im Kreislauf geführten Gasstromes vor der Entspannung durch einen separaten Anwärmquerschnitt des Wärmetauschers (30), in dem der komprimierte Anteil des Gasstroms in Wärmetausch mit dem aus der KUhlzone (l6) abgezogenen Anteil des Gasstroms gebracht wird, zugeführt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet, durch die Verwendung von Luft als Gasstrom.

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7· Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Entspannungsmaschine (7*32) durch eine ein Durchgangsventil (12) oder ein Entspannungsventil (33) enthaltende Bypassleitung überbrückt ist.