DE3603317A1 - Verfahren zum trocknen von naturduenger und landwirtschaftlichen produkten, trocknung in einer beheizten vakuum-kammer nach vorhergehender eindickung und pressung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Eindicken, Pressen und Trocknen im Vakuum in einer für diese Arbeitsgänge eingerichteten Preß-, Eindick- und Trockenkammer, nachfolgend PET-Kammer genannt. Das Vakuum wird in einem nachgeschalteten Kondensator erzeugt, die im System vorhandene Luft wird mit mindestens einer Vakuumpumpe abgesaugt. Die Abwärme aus dem Kühlkreis des Kondensators wird in einer Wärmepumpe zur Erzeugung der Heiz- und Verdampfungswärme in der PET-Kammer genutzt. Die Temperaturabsenkung des Kondensator-Kühlkreises durch die Wärmepumpe wird zur Kühlung des Kondensators genutzt, so daß auf zusätzliches Kühlwasser weitgehend verzichtet werden kann.

Das Verfahren ist für alle nassen landwirtschaftlichen Produkte geeignet, die zur weiteren Verwendung getrocknet werden müssen und bei denen durch Pressen und Eindicken Feuchtigkeit abgeschieden werden kann, um die erforderliche Verdampfungswärme bis zum gewünschten Trockengrad möglichst gering zu halten.

Nachstehend wird das Verfahren zur Trocknung von Naturdünger beschrieben. Für andere Produkte, bei denen ein oder zwei Arbeitsgänge entfallen können, zB weil sie sich nicht pressen lassen, erfolgt die Beschreibung auf einem Zusatzblatt.

Zum Trocknen von Getreide, Malz, Erntegut, Gras, Halme, Futterschnitzel und Natürdünger wird gewöhnlich erhitzte Luft verwendet, indem diese durch das zu trocknende Gut geführt wird und dabei die Feuchtigkeit aufnimmt. Physikalisch gesehen ist Luft nicht nur ein ausgezeichneter Isolator, Luft kann auch nur sehr wenig Wärme speichern - Glaswolle, Steinwolle, Asbest wie auch das Haar- und Federkleid der Tiere wirken nur durch die eingeschlossene Luft als Wärme- bzw. Kälteschutz. Als Trockenmedium ist Luft wegen dieser Eigenschaften außerordentlich ungeeignet, es sind große Flächen erforderlich, um Luft zu erhitzen und die Wärmespeicherung ist sehr gering. Bei Abkühlung besteht die Gefahr, daß die aufgenommene Feuchtigkeit am zu trocknenden Gut wieder niedergeschlagen wird, z. B. nimmt heiße Luft von 80°C bis 376 g Wasser/Nm³ auf, kühlt sie beim Durchströmen des Gutes auf 40°C ab, werden 317,4 g Wasser wieder niedergeschlagen!

Die in Patenten beschriebenen Anlagen befassen sich denn auch weitgehend damit, die gravierenden Mängel des Mediums zu umgehen, wobei gleichmäßige und schonende Trocknung bei geringem Energieaufwand in keinem Fall erreichbar sein dürften: um Kondensation auf dem Trockengut zu vermeiden, muß die Luft mit ausreichend hoher Temperatur ausgeblasen werden und das Trockengut in mehreren Stufen erwärmt werden. Um die Stufenzahl zu begrenzen, wird die Luft häufig mit zu hoher, für das Trockengut qualitätsmindernder Temperatur zugeführt und um die Energieverluste in Grenzen zu halten, werden Wärmeaustauscher zur Wärmerückgewinnung vorgesehen, mit den für Luft erforderlichen großen Heizflächen.

Diese aufwendigen Nachteile und Mängel kann man nur vermeiden, wenn man das physikalisch richtige Medium zum Trocknen nimmt: Sattdampf oder Naßdampf.

Eine schonende Trocknung bei niedriger Temperatur bei gleichzeitig niedrigem Energieaufwand durch Wärmerückgewinn mit Wärmepumpen läßt sich auf die nachstehend beschriebene Weise erreichen. Die Verwendung von Verbrennungsgasen statt Luft ändert an den vorstehend beschriebenen Nachteilen wenig, es wird die Einrichtung für die Erhitzung der Luft eingespart und in Kauf genommen, daß Verbrennungsrückstände mit dem Trockengut in Berührung kommen und eventuell etwas davon zurückbleibt.

Es werden jedoch auch Vakuumtrocknungsanlagen in Patenten beschrieben, hauptsächlich zur Lebensmittel-, Holz- und Farbtrocknung. Diese Anlagen sind häufig ohne Heizeinrichtung und nutzen den Wärmeinhalt des zu trocknenden Gutes für die Trocknung aus. Im Patent 28 21 259 wird eine "Wärmepumpe" zur Unterstützung der Heizung für die Trocknung von Holz beschrieben.

Der Nachteil der Anlage

• - der gesamte Dampf aus der Trockenkammer muß die Vakuumpumpe passieren, erfordert eine vermeidbare Größe in der Auslegung und erwärmt unnötig den Kühlkreis der Pumpe, während die Kühlkreistemperatur der Pumpe das Anheben der Temperatur, wie dies bei üblichen Wärmepumpen erfolgt, nachteilig verhindert.
• - Der Kühlkreis der Vakuumpumpe wird nicht rückgekühlt und damit das erreichbare Vakuum in der Trockenkammer auch noch eingeschränkt.

In der nachstehend beschriebenen Anlage werden diese Mängel vermieden und eine Schaltung, wie sie bei Kondensationsanlagen in Dampfkraftwerken zur optimalen Reife entwickelt wurde, kommt stattdessen für Kondensation und Evakuierung zur Anwendung.

Die Trocknung von Naturdünger, die durch den hohen Feuchtigkeitsgehalt, der bei Schwemmentmistung noch künstlich erhöht wird, besonders aufwendig ist, so daß der hohe Wärmeaufwand kostenbestimmend wird, kann mit dieser Anlage außerordentlich günstig erfolgen. Für die Verdampfung von 1 l Wasser werden bei normalem Luftdruck 2261 kJ (540 kcal) benötigt, so daß es von großem Kostenvorteil sein wird, möglichst viel Flüssigkeit aus dem Dünger abzusaugen und auszupressen. Diese abgeführte Jauche wird vorteilhafter für den Bedarf des landwirtschaftlichen Betriebes an Ort und Stelle verwendet.

Die in Fig. 1 gezeigte schematische Anordnung der Trocknungseinrichtung wird vorteilhaft fahrbar ausgerüstet, damit der Einsatz bei den Tierhaltungen ermöglicht wird, und nicht nasser Dünger über größere Entfernungen transportiert werden muß. Um die Anlagekosten spezifisch klein zu halten und eine hohe Kapazität zu erreichen, können der Kondensationsanlage und Wärmepumpe zwei oder mehr PET-Kammern zugeschaltet werden. Beispielsweise könnten 4 PET-Kammern mit zwei Wärmepumpen und zwei Kondensationsanlagen auf einem Fahrzeug angeordnet sein und in Arbeitstakten produzieren, um eine hohe stündliche Leistung zu erreichen und das Personal kontinuierlich einsetzen zu können.

Der Aufbau der Trocknungsanlage besteht aus bekannten Techniken und Aggregaten. Durch den Einsatz von Wärmepumpen, Vakuumpumpen, Trocknung unter Luftabschluß und Wärmerückgewinnung in der Wärmepumpe wird die Anlage außerordentlich leistungsfähig und sparsam im Energieverbrauch.

Die Wärmepumpe senkt den Energiebedarf auf etwa 1/5 des für die Trocknung erforderlichen Wärmebedarfs, außerdem ersetzt sie im Kühlkreis die Wärmesenke und damit zusätzliches Kühlwasser für die Kondensation.

Die Vakuumpumpen werden für die Förderung, Eindickung und Pressung eingesetzt. Wie in Fig. 1 gezeigt, wird der nasse Dünger in den Eifülltrichter (1) gefördert, wobei die laufenden Vakuumpumpen (2) das Einbringen in die PET-Kammer unterstützen. Gleichzeitig setzt die "Entwässerung" über den unteren Filter (3) ein. Der obere Filter (4) ist durch Ventil (5) eingedrosselt. Bei Schwemmentmistung wird der Einfülltrichter durch eine Rohrleitung ersetzt, und die Vakuumpumpen übernehmen das Füllen ganz.

Nach dem Füllen wird die Einfüllöffnung durch Klappe (6) geschlossen sowie die Fixierung (7) des Membrandeckels (8) gelöst und der Behälter evakuiert. Durch die Evakuierung der PET-Kammer wird sofort die Siedetemperatur erreicht und die Trocknung durch Ausdampfen begonnen, gleichzeitig wird Flüssigkeit abgesaugt und ausgepreßt. Die Absaugung der Luft ist eine im Wärmetauscherbau unumgängliche Maßnahme für hohe Leistungsfähigkeit. Der Wärmeübergang von Luft ist über 1000-fach schlechter als der von Dampf! Sowohl in der PET-Kammer als auch im Kondensator ist die Absaugung der Luft eine Voraussetzung für die Leistungsfähigkeit der Anlage.

Für die thermische Trocknung wird der Membrandeckel mittels Trägern (9) als Gewölbe mit den Ringstreifen (10) der Membrane verblockt - Fig. 2 - und die für diesen Arbeitsgang unterunterbrochene Evakuierung wird in Betrieb genommen. Die PET-Kammer wird - wie z. B. bei Zementmischern - um 90° gedreht und die Wärmepumpe (11) sowie das Rührwerk mit Wärmetauschflächen (12) eingeschaltet. Das Vakuum sinkt jetzt rasch auf den der Siedetemperatur entsprechenden Druck ab, z. B. bei 20°C auf 23 hP (23 mbar). Durch starke Dampfentwicklung wird durch die Wärmezufuhr über Heizmantel (13) und Rührwerk (14) die Restfeuchte in kurzer Zeit auf den gewünschten Trockengrad, z. B. ca. 9% bei guter Qualität, gebracht.

Für die PET-Kammer und Kondensationsanlage ist absolute Dichtheit notwendig, da Lufteinschlüsse das Vakuum verschlechtern. Die Rührwerkdurchführung und Klappendichtung muß daher mit Wasservorlage und Tropfkammer mit Vakuumanschluß zum Abscheidebehälter (17) versehen sein.

Dem im Kondensator und in der Vakuumpumpe erwärmten Kühlwasser und Betriebswasser wird in der Wärmepumpe Wärme entzogen, d. h. es wird abgekühlt und im Kreislauf den beiden Verbrauchern wieder zugeführt. Die entzogene Wärme wird dazu benutzt, im Heizkreis der Wärmepumpe Rührwerk und Heizmantel zu beheizen. Die damit erzeugte Verdampfungswärme zum Trocknen des Düngers fällt über die Kondensation und Erwärmung des Kühlwassers wieder für die Wärmepumpe an. Es geht also keine Wärme verloren. Die zusätzlich durch die elektrische Leistung - es kann auch die Antriebsleistung einer Verbrennungskraftmaschine sein - zugeführte Wärme führt zu einem Temperaturanstieg im System: der beim Trocknen entstehende Dampf wird ständig heißer, der Druck im Kondensator erhöht sich und damit die Kondensattemperatur, die Kühlwassertemperatur steigt ebenfalls und läßt wiederum die Temperatur im Heizkreis weiter ansteigen, weil die Wärmepumpe entsprechend dem mit höherer Temperatur zugeführten Wasser auf ein höheres Temperaturniveau pumpt. Wenn 100°C in der Kondensationsanlage erreicht sind, kann die Vakuumpumpe abgestellt werden, und je nach Auslegung der Anlage muß ab einem gewissen Überdruck Dampf durch Ventil (15) abgelassen werden, damit PET-Kammer und Kondensator geschützt sind.

Durch den Betrieb der Vakuumpumpe beim Füllen wird Dünger bis vor die Filter (3) und (4) gesaugt, bis die PET-Kammer strammgefüllt ist. Die hierbei bereits über die Filter abgesaugte Flüssigkeit wird im Abscheider (17) mittels Füllstandsregler durch die Rückgabepumpe (16) in eine Jauchegrube abgeführt.

Beim Trocknen strömt Dampf über Filter, Leitungen und Abscheider zum Kondensator. Im Dampf enthaltene Luft wird dabei durch die Vakuumpumpen abgesaugt. Die extreme Wichtigkeit der Luftabsaugung ergibt sich aus dem Unterschied zwischen den Wärmedurchgangszahlen für Dampf bzw. Luft.

Wenn man für α ₁ = 41 868 kJ/m² · h · °C (das sind 10 000 kcal/m² · h · °C) und α ₁ = 418 kJ/m² · h · °C bei Luft einsetzt, bei sonst unveränderten Werten für δ/λ und 1/α ₂ ergibt sich statt k = 14 650 kJ/m² · h · °C bei Dampf noch k = 418 bei Luft. Eine geringe Luftverschmutzung wirkt sich enorm aus. (Dietzel, "Dampfturbinen" Westermann Verlag) Die Luftabsaugung aus dem Kondensator erfolgt am kühlsten Ort (Luftkühlerbündel). Als Beispiel für die Evakuierung ist eine im Kraftwerksbetrieb bewährte zweistufige Schaltung gezeigt, bei der eine Wasserringpumpe (2) die Förderung bis zu einem mittlerem Vakuum übernimmt, für diese Anlage zum Füllen der PET-Kammer. Ventil (18) ist dabei geöffnet und Ventil (20) geschlossen. Für das hohe Vakuum beim Pressen und Trocknen wird Ventil (20) geöffnet und der Luftstrahler tritt in Tätigkeit. Das Membranventil (18) schließt sich hierbei selbsttätig durch eine Impulsleitung zum Luftstrahler. Die Evakuierung erfolgt jetzt 2-stufig. Das Betriebswasser der Vakuumpumpe kann man aus dem Kühlkreis des Kondensators - wie gezeichnet - entnehmen. Eine Leistungsverbesserung der Vakuumpumpe läßt sich mit separater, kälterer Frischwasserzufuhr erreichen. Eine wahlweise oder kombinierte Wasserversorgung ist ebenfalls möglich. Auch Dampfstrahl- oder Wasserstrahlpumpen können zur Evakuierung verwendet werden.

Der Wärmeübergang vom Rührwerk, das aus haarnadelförmigen Rohren besteht, die aus dem Heizwasserkreis der Wärmepumpe versorgt werden, zum Dünger wird durch die Drehbewegung verstärkt, dies wird auch am Heizmantel (13) durch die Kammerverbindungsrohre ausgenutzt.

Die Filter (3) und (4) sind großflächig und voluminös vorgesehen, damit die sofort einsetzende Verschmutzung nicht zur Verstopfung führt. Ausführungsbeispiel: zwischen zwei druckfesten Lochplatten ist Torf eingefüllt, der mitgeführten Dünger als Filtermasse aufnimmt und nur Flüssigkeit durchläßt. Zum Rückspülen kann die Rückgabepumpe (16) verwendet werden. Die Schaltung ist nicht eingezeichnet.

Alternative Ausrüstung

Die Montagearbeiten zum Schließen und Öffnen der Klappe (6) nach dem Füllen oder zum Entleeren lassen sich durch eine kontinuierliche Einfüllmöglichkeit vermeiden. Hierzu wird anstelle des Einfülltrichters eine Heberleitung von ca. 9 m Höhe errichtet, an die Trockenkammer und Saugleitung angeschlossen, und auch bei höchstem Vakuum wird kein Dünger gefördert, wenn nicht ein in der Saugleitung oder aufsteigender Heberleitung eingebauter Schneckenförderer oder Güllepumpe die Heberleitung überwindet. Für lose transportierten Dünger oder Schüttgüter kann am Fuß der Heberleitung ein "Wasserschloß" vorgesehen werden. Die Entleerung muß hierbei über eine separate verschließbare Öffnung erfolgen. Die Entleerung kann durch das Rührwerk und eine zusätzliche Rütteleinrichtung unterstützt werden. Der Behälter von dem das trockene Gut aufgenommen wird, kann über eine dichte Zuführung mit der PET-Kammer verbunden sein und ebenfalls evakuiert sein, so daß auch die Entleerung schneller zu bewerkstelligen wäre.

Claims (8)

1. Trockeneinrichtung insbesondere zum Trocknen von Naturdünger, umfassend eine Preß-, Eindick-, und Trockenkammer (PET-Kammer) mit einem beheizbaren Mantel und einem Beheizbaren Rührwerk, sowie einem versteiften Membrandeckel, der fixiert werden kann. Evakuierung der PET-Kammer zur Füllung oder Unterstützung der Füllung durch Vakuumpumpen, die über ein oder mehrere Filter Luft und Flüssigkeit aus der PET-Kammer absaugen. Auspressen des Düngers mit dem gelösten Membrandeckel durch das anstehende Vakuum. Außerdem den Vakuumpumpen vorgeschaltet eine konventionelle Kondensationsanlage zur Kondensation des Wasserdampfes beim Trockenvorgang. Das erwärmte Kühlwasser des Kondensators wird in einer Wärmepumpe zur Heizung beim Trocknen genutzt. Das in der Wasserpumpe abgekühlte Wasser wird im Kreislauf zur Kühlung des Kondensators genutzt. Die PET- Kammer steht zum Füllen und Pressen senkrecht zum Betrieb des Rührwerks und zum Entleeren kann sie um 90° geschwenkt werden.

2. Anspruch wie unter 1. beschrieben, jedoch Abstützung der Membrane durch einen Tubus gemäß Fig. 3.

3. Ansprüche wie unter 1. beschrieben, jedoch anstelle der Membrane ein Kolben, der in einem Zylinder geführt wird.

4. Trockeneinrichtung nach Ansprüchen 1 bis 3 transportabel auf einem Fahrzeug montiert, wobei ein, zwei oder mehr PET-Kammern auf einen Kondensator, eine Evakuierungsanlage und Wärmepumpe geschaltet sein können.

5. Trockeneinrichtung nach Ansprüchen 1 und 4 jedoch mit auswechselbaren Trockenkammern z. B. für das Trocknen von Getreide oder Malz, wo der Preßvorgang entfallen kann, und wo auch andere Temperatur- und/oder Reinheitsansprüche beachtet werden müssen. Diese Kammern werden auf einem Zusatzblatt beschrieben.

6. Trockeneinrichtung nach Ansprüchen 1 bis 5 jedoch mit einer mit Brennstoff betriebenen Heizung oder einer zusätzlichen Heizung zur Wärmepumpe. Die Kühlung des Kondensators erfolgt mit Frischwasser oder durch Rückkühlung.

7. Trockeneinrichtung nach Ansprüchen 1 bis 4 jedoch mit einer Heberleitung und Förderschnecke oder -Pumpe, um ohne Unterbrechung durch Montagearbeiten füllen zu können. Hierbei wird über eine verschließbare Öffnung in einen (evakuierbaren) Behälter entleert.

8. Trockeneinrichtung nach Ansprüchen 1 bis 5 jedoch mit Wasserschloß und Heberleitung mit Förderschnecke oder Pumpe im aufsteigenden Rohr. Entleerung wie unter 7.