DE3013025C2 - Verfahren zur Entfeuchtung eines feuchten Luftstromes oder eines gesättigten Wasserdampfstromes - Google Patents

Description

Trocknungsverfahren sind von allen industriellen Verfahren, bei denen eine Flüssigkeit von einer festen Substanz abgeschieden oder getrennt werden soll, Verfahren, welche die meiste Energie verbrauchen. Mechanische Trennverfahren wie Filtern, Pressen usw. verbrauchen am wenigsten Energie, doch auch die Verdampfung, gleichgültig ob sie als Mehrfach- oder als Entspannungsverdampfung durchgeführt wird, erfordert wesentlich weniger Energie als ein Trocknungsprozeß. Die durch Mehrfachverdampfung verbrauchte Energiemenge, ausgedrückt als die zur Erhitzung verbrauchte Dampfmenge, beträgt 0,2-0,5 to an Heizdampf pro to an verdampften Wasser, während ein Trocknungsprozeß 1,2-2,2 to an Heizdampf pro to an entferntem Wasser verbrauchen kann.

Bei aus der Praxis bekannten Trocknungsverfahren wird fortlaufend eine bestimmte Menge an Frischluft vorgewärmt und mit dem zu trocknenden Material in der Trocknungs­ einrichtung in Berührung gebracht, wobei die Luft dann von dem zu trocknenden Material die Feuchtigkeit aufnimmt. Die Luft wird dann erneut erhitzt, nimmt zusätzliche Feuchtigkeit von dem zu trocknenden Material auf, wird wiederum erhitzt usw. Sobald die Luft eine ausreichend hohe absolute Feuchtigkeit erreicht hat, wird sie als sogenannte Feuchtluft mit einer relativen Feuchtigkeit von 90-100% aus der Einrichtung entfernt. Die Möglichkeiten einer Wärmerückgewinnung bei vertretbar hoher Energieausbeute sind begrenzt. Es ist möglich, die in das System eingespeiste Frischluft vorzuwärmen, doch die erreichte Temperatur ist ziemlich niedrig. Der Energieverbrauch für ein derartiges System kann als aus zwei Komponenten bestehend angesehen werden, und zwar (I) der Wärme zur Verdampfung des entfernten Wassers und (II) der Wärmemenge, welche zur Erhitzung der Frischluft von der Eingangstemperatur auf die Ausgangstemperatur benötigt wird. Hierzu muß die Energie hinzugerechnet werden, welche zur Erwärmung des zu trocknenden Materials benötigt wird, ferner Wärmeverluste usw.

Das fortlaufend wiederholte Erwärmen der Luft zwecks Reduzierung der relativen Feuchtigkeit bei jedem Erwär­ mungsvorgang kann durch eine adiabatische Entfeuchtung der Luft ersetzt werden. Bei dem adiabatischen Entfeuch­ tungsprozeß kondensiert der Wasserdampfgehalt der Luft in einer feuchtigkeitsabsorbierenden Flüssigkeit. Durch Auswahl einer geeigneten Absorptionsflüssigkeit und vor allem durch Auswahl eines geeigneten Gewichtsverhältnisses von Luft/Flüssigkeit kann praktisch die gesamte Kondensationswärme des kondensierten Wasserdampfes an die entfeuchtete Luft übertragen werden, wodurch deren Temperatur beträchtlich erhöht wird. Nach der Entfeuchtung der Luft kann sie zur erneuten Verwendung wieder in die Trockeneinrichtung eingeleitet werden. Durch derartige Maßnahmen kann der Trockenprozeß selbst praktisch ohne wesentlichen Energieverbrauch durchgeführt werden. Allerdings wird diese Wirkung durch eine Verdünnung der Absorptionsflüssigkeit erreicht; doch kann diese Flüssigkeit verdampft werden. Durch Mehrfachverdampfung oder durch Schnellverdampfung läßt sich der spezifische Energieverbrauch bei Trockenprozessen ähnlich senken wie bei Verdampfungsprozessen.

Aus US 2 249 624 ist ein Verfahren zur Entfeuchtung eines Luftstromes oder eines gesättigten Wasserdampfstromes durch adiabatische Absorption an einer wäßrigen Salzlösung als Absorptionsflüssigkeit bekannt, bei dem die Absorptions­ flüssigkeit in einer Absorptionseinrichtung mit dem zu entfeuchtenden Luft- oder Dampfstrom in Kontakt gebracht wird, wobei Wasser aus dem Luft- oder Dampfstrom in der Absorptionsflüssigkeit aufgenommen und dabei freiwerdende Kondensatwärme an den Luft- oder Dampfstrom übertragen wird, und bei dem das in der Absorptionsflüssigkeit aufgenommene Wasser durch Verdampfung abgetrennt sowie die konzentrierte Absorptionsflüssigkeit der Absorptions­ einrichtung wieder zugeführt wird. Bei dem bekannten Verfahren wird nur ein etwa 10%iger Teil der verdünnten Absorptionsflüssigkeit einer Mehrfachverdampfung zugeführt, wobei die aufkonzentrierte Absorptionsflüssigkeit wieder in den Sumpf der Absorptionseinrichtung zurückgeführt wird, so daß im Sumpf immer eine konstante Konzentration der Absorptionsflüssigkeit aufrechterhalten wird. Der Teilstrom wird also zwangsläufig in einer Konzentration zur Aufkonzentrierung geführt, bei der eine weitgehende Absorptionsfähigkeit dieser Flüssigkeit noch gegeben ist. Die Siedepunktdifferenzen zwischen verdünnter und konzentrierter Lösung sind klein, wodurch eine Verdampfung nur mit relativ schlechtem Wirkungsgrad durchführbar ist. Zudem ist das Absorptionsvermögen dadurch beeinträchtigt, daß nur eine bereits teilverdünnte Absorptionsflüssigkeit zur Verfügung steht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das vorstehend beschriebene Entfeuchtungsverfahren noch energiesparender durchzuführen, als es nach US 2 249 624 bereits möglich ist. Zur Lösung dieser Aufgabe lehrt die Erfindung, daß bei dem zuvor beschriebenen Verfahren der zu entfeuchtende Luft- oder Dampfstrom in eine Absorptionssäule im Gegenstrom mit der Absorptionsflüssigkeit beaufschlagt wird, wobei als Absorptionsflüssigkeit eine konzentrierte wäßrige Lösung aus einem oder mehreren Salzen umfassend Kaliumazetat, Natriumazetat, Kaliumkarbonat, Kalzium­ chlorid, Lithiumchlorid oder Lithiumbromid verwendet wird, und daß die aus der Absorptionssäule abgezogene, verdünnte Absorptionsflüssigkeit durch Mehrfachverdampfung aufkon­ zentriert und in die Absorptionssäule zurückgeführt wird, wobei die Temperatur der Absorptionslösung der Siedetemperatur bei atmosphärischem Druck und der Konzentration, welche zur Herabsetzung des Wasserdampf­ druckes benötigt wird, um die gewünschte relative Feuchtigkeit des Luftstromes oder die gewünschte Überhitzung des ausströmenden Wasserdampfes zu erreichen, entspricht. Vorzugsweise besteht die Absorptionsflüssigkeit aus einer wäßrigen Lösung einer Mischung aus etwa 30 Gew.-% Natriumazetat und etwa 70 Gew.-% Kaliumazetat.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist besonders nützlich zum Trocknen verschiedener Stoffe wie beispielsweise Holz, Zellulose, Papier, Torf und dgl., kann jedoch auch zur Luftentfeuchtung in öffentlichen Bädern oder in kommunalen Abwasserbehandlungsanlagen eingesetzt werden.

Der Temperaturanstieg des Gases beim Absorptionsprozeß hängt vollkommen von der Menge, der Konzentration usw. der zugesetzten Salzlösung ab. Eine Feuchtluft mit einer Temperatur von 50°C und einer relativen Feuchtigkeit von 100% (ϕ=1,0) enthält 0,08 kg H₂O/kg Trockenluft. Wenn diese Luft auf ϕ=0,1 entfeuchtet werden soll, um 0,066 kg H₂O/kg Trockenluft zu ergeben, so muß eine Salzlösung mit einer Eingangskonzentration mit besseren Gleichgewichtsdaten als ϕ=0,1 in einer derartigen Menge verwendet werden, daß die absorbierte Wasserdampfmenge keine zu starke Verdünnung der Lösung verursacht, so daß der Wasserdampfdruck über der Lösung, welche die Absorptionseinrichtung verläßt, noch niedriger ist als der, der einem Wert von ϕ=1,0 entspricht.

Ein erfindungsgemäßes adiabatisches Absorptionsverfahren soll nachstehend anhand eines Beispiels erläutert werden: Es wird davon ausgegangen, daß eine gewisse Luftmenge 7500 kg Wasser enthält, eine Temperatur von 60°C besitzt und eine relative Feuchtigkeit von 90%. Wenn man diese Luft im Gegenstrom in Kontakt mit einer Flüssigkeit fließen läßt, über welcher der Wasserdampfdruck nur 15% des Dampfdruckes über reinem Wasser bei der entsprechenden Temperatur beträgt, so kann der Wassergehalt der Luft auf beispielsweise 6500 kg herabgesetzt werden. Gleichzeitig hat die Absorptionsflüssigkeit 1000 kg Wasser aus der Luft absorbiert und würde dadurch verdünnt. Andererseits hat die Luft eine der Kondensationswärme von 1000 kg Wasserdampf entsprechende Energiemenge aufgenommen. Diese Energiemenge kann die Temperatur der Luft von 60°C auf etwa 106°C erhöhen. Gleichzeitig ist die relative Feuchtigkeit auf etwa 15% abgesunken, so daß die Luft beispielsweise als Trockenluft erneut verwendet werden kann.

Die Erfindung beschränkt sich allerdings nicht nur auf die Fälle, in denen die Luft eine Energieträgerfunktion in einem Trockenprozeß hat. Die Erfindung läßt sich vielmehr auch in den Fällen einsetzen, in denen die Wärmeübertragung an das zu trocknende Material insgesamt oder teilweise durch Konvektion erfolgt, wie dies beispielsweise dann der Fall ist, wenn Walzentrockner verschiedener Arten verwendet werden, obwohl die Wärmeeinsparungen hier keineswegs die gleiche Größenordnung haben dürften wie in dem vorbeschriebenen Beispiel.

Bei einem allgemein zum Trocknen von Zellulose oder Papier angewendeten Verfahren wird das zu trocknende Material sowohl durch Konvektion wie auf dem Luftwege mit Energie versorgt. Die Konvektionsübertragung wird dadurch erreicht, daß das zu trocknende Material über dampfbeheizte Walzen geleitet wird. Die Walzen haben zusätzlich zu ihrer mechanischen Funktion eines Materialvorschubes die Funktion, die zur Trocknung benötigte Zeit abzukürzen, und zwar infolge einer erhöhten Wasserverdampfung. Die adiabatische Entfeuchtung der Feuchtluft ergibt auch in diesem Fall eine Möglichkeit, entfeuchtete oder getrocknete Luft in einem mehr oder weniger geschlossenen Zirkulationssystem erneut zum Einsatz zu bringen. Eine gewisse Menge an Dampfkondensation entsprechend der durch die indirekte Erwärmung seitens der Trockenwalzen verdampften Menge kann aus wirtschaftlichen Gründen im Vorrang vor der adiabatischen Entfeuchtung der Feuchtluft erwünscht sein, wobei eine derartige Kondensation durch Kühlung der Feuchtluft erreicht wird.

In gleicher Weise kann es bei einer Sprühtrocknung erwünscht sein, nach der adiabatischen Entfeuchtung der Feuchtluft eine gewisse Wärmemenge indirekt der Trockenluft zuzuführen, bevor sie erneut in die Sprühtrockeneinrichtung eingeleitet wird, um dadurch die erforderliche Verweilzeit des Materials in der Trockeneinrichtung herabzusetzen.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist auch in den Fällen einsetzbar, in denen die Trocknung mit einem Wärmeträgergas, welches aus überhitztem Dampf besteht, durchgeführt wird. Während des Trocknungsprozesses wird dieser überhitzte Dampf mehr oder weniger gesättigt und infolge des adiabatischen Absorptionsvorganges wird der Dampf dann erneut in überhitztem Zustande erhalten, in welchem er für den Trocknungsprozeß erneut einsetzbar ist. Die Absorptionsflüssigkeit wird in der gleichen Weise wie vorstehend beschrieben auch hier einer Konzentrierung unterworfen.

Claims (2)

1. Verfahren zur Entfeuchtung eines feuchten Luftstromes oder eines gesättigten Wasserdampfstromes durch adiabatische Absorption an einer wäßrigen Salzlösung als Absorptionsflüssigkeit, bei dem die Absorptionsflüssigkeit in einer Absorptionseinrichtung mit dem zu entfeuchtenden Luft- oder Dampfstrom in Kontakt gebracht wird, wobei Wasser aus dem Luft- oder Dampfstrom in der Absorptions­ flüssigkeit aufgenommen und dabei freiwerdende Kondensatwärme an den Luft- oder Dampfstrom übertragen wird, und bei dem das in der Absorptionsflüssigkeit aufgenommene Wasser durch Verdampfung abgetrennt sowie die konzentrierte Absorptionsflüssigkeit der Absorptionseinrichtung wieder zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der zu entfeuchtende Luft- oder Dampfstrom in einer Absorptionssäule im Gegenstrom mit der Absorptionsflüssigkeit beaufschlagt wird, wobei als Absorptions­ flüssigkeit eine konzentrierte wäßrige Lösung aus einem oder mehreren Salzen umfassend Kaliumazetat, Natriumazetat, Kalium­ karbonat, Kalziumchlorid, Lithiumchlorid oder Lithiumbromid verwendet wird, und daß die aus der Absorptionssäule abgezogene, verdünnte Absorptionsflüssigkeit durch Mehrfachverdampfung aufkonzentriert und in die Absorptionssäule zurückgeführt wird, wobei die Temperatur der Absorptionslösung der Siedetemperatur bei atmosphärischem Druck und der Konzentration, welche zur Herab­ setzung des Wasserdampfdruckes benötigt wird, um die gewünschte relative Feuchtigkeit des Luftstroms oder die gewünschte Über­ hitzung des ausströmenden Wasserdampfes zu erreichen, entspricht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Absorptionsflüssigkeit aus einer wäßrigen Lösung einer Mischung aus etwa 30 Gew.-% Natriumazetat und etwa 70 Gew.-% Kaliumazetat besteht.