DE3603317C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Trocknen von Naturdünger und landwirtschaftlichen Produkten gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Ein solches Verfahren ist durch die DE-OS 21 13 078 bekannt, die einen Apparat zum Trocknen von Gütern, beispielsweise Gemüse, Beeren, Saatgut und Getreide, beschreibt, der aus einem verschließbaren Behälter für das Trockengut mit einer Vorrichtung zur Luftleermachung des Behälters und einer Wärmepumpe mit Kompressor zum Pumpen eines Kühlmittels in einem geschlossenen System besteht, zu dem ein als Heizkörper im Behälter angeordneter Kondensator für das Kühlmittel und ein als Kühler für Feuchtigkeit, die vom Trockengut entweicht, angeordneter Vordampfer gehören, wobei der Vordampfer für das Kühlmittel zusammen mit dem Kondensator im Behälter für das Trockengut angeordnet ist, jedoch durch eine den Raum für das Trockengut im Behälter abgrenzende, gasdurchlässige Wand vom Kondensator getrennt ist. Hiernach ist eine Trocknungsvorrichtung mit einer beheizbaren Eindick- und Trockenkammer, einer Vakuumpumpe, mit Absaugfiltern und mit einer Kondensationsanlage sowie einer Wärmepumpe zur Kondensation des Wasserdampfes beim Trocknungsgang bekannt. Mit einem derart ausgebildeten Apparat wird dem zu trocknenden Gut unter Einwirkung von Wärme und unter Druckabsenkung Feuchtigkeit entzogen und unter Ausnutzung eines Wärmepumpenprozesses die dem zu trocknenden Gut entzogene Feuchtigkeit kondensiert. Mit diesem Apparat lassen sich jedoch Naturdünger und landwirtschaftliche Produkte nicht mit ähnlich geringem Energieaufwand sowie gleichmäßig und schnell trocknen. Es fehlt die Möglichkeit des Auspressens, d. h. sämtliche zu entfernende Feuchtigkeit muß verdampft werden. Das zu trocknende Gut weist in der Regel eine schlechte Wärmeleitfähigkeit auf. Nur durch ein Rührwerk, bei dem eine intensive Berührung von Heizfläche und zu trocknendem Gut erfolgt, wird eine schnelle und gleichmäßige Wärmeabgabe und damit Durchtrocknung des Trockengutes erreicht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung hierfür zum Trocknen von Naturdünger und landwirtschaftlichen Produkten zu schaffen, wobei das Verfahren unter geringem Energieaufwand gleichmäßig, schonend und unter Vermeidung von Kondensation auf dem zu trocknenden Gut durchführbar ist.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Verfahrensmaßnahmen und mit einer Vorrichtung gemäß Patentanspruch 2 gelöst.

Dieses Verfahren zum Trocknen von Naturdünger und landwirtschaftlichen Produkten wird in einem verschließbaren Behälter durchgeführt, wobei das erforderliche Vakuum in einem nachgeschalteten Kondensator erzeugt und die im System vorhandene Luft mit mindestens einer Vakuumpumpe abgesaugt wird. Die Abwärme aus dem Kühlkreis des Kondensators wird in einer Wärmepumpe zur Erzeugung der Heiz- und Verdampfungswärme in dem Behälter 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.

Zum Trocknen von Getreide, Malz, Erntegut, Gras, Halme, Futterschnitzel und Naturdünger wird bekannterweise erhitzte Luft verwendet, indem diese durch das zu trocknende Gut geführt wird und dabei die Feuchtigkeit aufnimmt. Luft ist nicht nur ein ausgezeichneter Isolator, Luft kann auch nur sehr wenig Wärme speichern. Als Trockenmedium ist Luft jedoch ungeeignet und es sind große Flächen erforderlich, um Luft zu erhitzen, wobei die Wärmespeicherung sehr gering ist. Bei Abkühlung besteht die Gefahr, daß die aufgenommene Feuchtigkeit an dem zu trocknenden Gut wieder niedergeschlagen wird, z. B. nimmt heiße Luft von 80°C bis 376 g Wasser/m³ auf, kühlt sie beim Durchströmen des Gutes auf 40°C ab, werden 317,4 g Wasser niedergeschlagen. Die bekannten Verfahren und 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 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 Nachteile können nur vermieden werden, wenn das physikalisch richtige Medium zum Trocknen eingesetzt wird, nämlich Sattdampf oder Naßdampf.

Zur Lebensmittel-, Holz- und Farbtrocknung werden Vakuum­ trocknungsanlagen eingesetzt, die oftmals keine Heizeinrichtung aufweisen, sondern nur den Wärmeinhalt des zu trocknenden Gutes für die Trocknung ausnutzen. Nach der DE 28 21 259 ist es bekannt, eine Wärmepumpe zur Unterstützung der Heizung für die Trocknung von Holz einzusetzen, doch diese Anlage weist folgende Nachteile auf:

• - 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 bekannten Wärmepumpen erfolgt, nachteilig verhindert.
• - Der Kühlkreis der Vakuumpumpe wird nicht rückgekühlt und damit das erreichbare Vakuum in der Trockenkammer auch nicht eingeschränkt.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der hierfür ausgebildeten Vorrichtung werden derartige Mängel vermieden und eine Schaltung, wie diese bei Kondensationsanlagen in Dampfkraftwerken zur optimalen Reife entwickelt wurde, kommt statt dessen 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, wird mit dem Verfahren außerordentlich günstig durchgeführt. Für die Verdampfung von einem 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 vorteilhaft für den Bedarf des landwirtschaftlichen Betriebes an Ort und Stelle verwendet.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 in einer schematischen Ansicht die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zum Trocknen von Naturdünger und landwirtschaftlichen Produkten,

Fig. 2 einen Abschnitt des Trägers mit dem Membrandeckel der Trockenvorrichtung, teils in Ansicht, teils in einem senkrechten Schnitt,

Fig. 3 einen senkrechten Schnitt durch den Träger des Trockenbehälters gemäß Fig. 2 und

Fig. 4 teils in Ansicht, teils in einem senkrechten Schnitt den oberen Filter und die Membran des Trockenbehälters.

Die in Fig. 1 dargestellte Trocknungsvorrichtung umfaßt neben einem verschließbaren Behälter 1 mit einer Preß-, Eindick- und Trockenkammer einen Kondensator 27 mit einer Pumpe 26 und eine Wärmepumpe 11. Vorteilhafterweise ist die Trocknungsvorrichtung fahrbar ausgerüstet, damit der Einsatz bei den Tierhalterungen ermöglicht wird und nicht nasser Dünger über größere Entfernungen transportiert werden muß. Um die Anlage kostenspezifisch klein zu halten und um eine hohe Kapazität zu erhalten, können der Kondensationsanlage 27 und der Wärmepumpe 11 zwei oder mehrere Behälter 1 zugeschaltet werden. Beispielsweise können vier Behälter 1 mit zwei Wärmepumpen 11 und mit zwei Kondensationsanlagen auf einem Fahrzeug angeordnet sein und in Arbeitstakten produzieren, um eine hohe stündliche Leistung zu erreichen und um das Personal kontinuierlich einsetzen zu können.

Die Trocknungsvorrichtung 1 umfaßt ferner eine Vakuumpumpe 2. Durch den Einsatz von Wärmepumpen 11, Vakuumpumpen 2 und durch Trocknung unter Luftabschluß und Wärmerückgewinnung in der Wärmepumpe 11 ist die Trocknungsvorrichtung außerordentlich leistungsfähig und sparsam im Energieverbrauch.

Die Wärmepumpe 11 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 Vakuumpumpe 2 wird für die Förderung, Eindickung und Pressung des zu trocknenden Gutes eingesetzt.

Wie in Fig. 1 gezeigt, wird der nasse Dünger in einen Einfülltrichter 1 a gefördert, wobei die laufende Vakuumpumpe 2 das Einbringen des zu trocknenden Gutes in den Behälter 1 unterstützt. Gleichzeitig setzt der Wasserabzug über einen unteren Filter 3 ein. Ein oberer Filter 4 ist vermittels eines Ventils 5 gedrosselt. Bei Schwemmentmistung wird der Einfülltrichter 1 a durch eine Rohrleitung ersetzt, wobei dann die Vakuumpumpe das Füllen ganz übernimmt.

Nach dem Füllen wird die Einfüllöffnung 1 a durch eine Klappe 6 geschlossen sowie die Fixierung 7 eines Membrandeckels 8 als Vorrichtung zum Verändern des Behältervolumens gelöst und der Behälter 1 evakuiert. Durch die Evakuierung des Behälters 1 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 dem Behälter 1 als auch in dem Kondensator 27 ist die Absaugung der Luft eine Voraussetzung für die Leistungsfähigkeit der Trocknungsvorrichtung. Die Betätigung des Membrandeckels 8 erfolgt mittels eines Bowdenzuges 30 (Fig. 3).

Für die thermische Trocknung wird der Membrandeckel 8 mittels Trägern 9 als Gewölbe mit ringförmigen Versteifungen 10 in der Membran verblockt und die für diesen Arbeitsgang ununterbrochene Evakuierung in Betrieb genommen (Fig. 2, 3 und 4). Der Behälter 1 wird - wie z. B. bei Zementmischern - um 90° gedreht und die Wärmepumpe 11 und ein im Innenraum des Behälters 1 angeordnetes Rührwerk 14 mit Wärmeaustauschflächen 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 einen an dem Behälter 1 vorgesehenen Heizmantel 13 und das Rührwerk 14 die Restfeuchte in kurzer Zeit auf den gewünschten Trockengrad gebracht.

Für den Behälter und die Kondensationsanlage ist absolute Dichtigkeit notwendig, da Lufteinschlüsse das Vakuum verschlechtern. Die Rührwerksdurchführung und die Klappendichtung müssen daher mit Wasservorlage und Tropfkammer mit einem Vakuumanschluß zu einem Abscheidebehälter 17 versehen sein.

Dem in dem Kondensator 27 und der Vakuumpumpe 2 erwärmten Kühlwasser und Betriebswasser wird in der Wärmepumpe 11 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 11 das Rührwerk 14 und den Heizmantel 13 zu beheizen. Die damit erzeugte Verdampfungswärme zum Trocknen des Düngers fällt über die Kondensation und die Erwärmung des Kühlwassers wieder für die Wärmepumpe 11 an. 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 in dem Kondensator 27 erhöht sich und damit die Kondensationstemperatur, die Kühlwassertemperatur steigt ebenfalls und läßt wiederum die Temperatur im Heizkreis weiter ansteigen, weil die Wärmepumpe 11 entsprechend dem mit höherer Temperatur zugeführten Wasser auf ein höheres Temperaturniveau pumpt. Wenn 100°C in der Kondensationsanlage erreicht sind, kann die Vakuumpumpe 2 abgestellt werden, und je nach Auslegung der Anlage muß ab einem gewissen Überdruck Dampf durch ein in Fig. 1 bei 15 angedeutetes Ventil abgelassen werden, damit der Behälter 1 und der Kondensator 27 geschützt sind.

Durch den Betrieb der Vakuumpumpe 2 beim Füllen wird Dünger bis vor die Filter 3 und 4 gesaugt, bis der Behälter stramm gefüllt ist. Die hierbei bereits über die Filter 3 und 4 abgesaugte Flüssigkeit wird in einem Abscheider 17 mittels eines Füllstandsreglers durch eine Rückgabepumpe 16 in eine in der Zeichnung nicht dargestellte Jauchegrube abgeführt (Fig. 1).

Beim Trocknen strömt Dampf über Filter, Leitungen und Abscheider zu dem Kondensator 27. Im Dampf enthaltene Luft wird dabei durch die Vakuumpumpe abgesaugt. Die extreme Wichtigkeit der Luftabsaugung ergibt sich aus dem Unterschied zwischen den Wärmedurchgangszahlen für Dampf bzw. Luft:

Wenn man für α₁=41 868 kJ/m² · h · °C (das sind 10 000 kcal/m² · h · °C) und α₁=418 kJ/m² · h · °C bei Luft einsetzt, bei sonst unveränderten Werten für δ/Kλ und 1/α₂ ergibt sich statt k = 14 650 kJ/m² · h · °C bei Dampf noch k = 418 bei Luft. Eine geringe Luftverschmutzung wirkt sich ernorm aus.

Die Luftabsaugung aus dem Kondensator 27 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 mittleren Vakuum übernimmt, um den Behälter 1 zu füllen. Ein in Fig. 1 bei 18 dargestelltes Ventil ist dabei geöffnet und ein weiteres einem Luftstrahler zugeordnetes Ventil 20 geschlossen. Für das hohe Vakuum beim Pressen und Trocknen wird das Ventil 20 geöffnet und der Luftstrahler tritt in Tätigkeit. Das als Membranventil ausgebildete Ventil 18 schließt sich hierbei selbsttätig durch eine Impulsleitung zum Luftstrahler. Die Evakuierung erfolgt jetzt zweistufig. Das Betriebswasser der Vakuumpumpe 2 kann aus dem Kühlkreis des Kondensators 27 entnommen werden (Fig. 1). Eine Leistungsverbesserung der Vakuumpumpe 2 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 von dem Rührwerk 14, das mit einem Antrieb 25 in Verbindung steht und das aus haarnadelförmigen Rohren besteht, die aus dem Heizwasserkreis der Wärmepumpe 11 versorgt werden, zum Dünger wird durch die Drehbewegung verstärkt; dies wird auch an dem Heizmantel 13 durch die Kammerverbindungsrohre ausgenutzt.

Die Filter 3 und 4 sind großflächig und voluminös vorgesehen, damit die sofort einsetzende Verschmutzung nicht zu einer 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 (Fig. 1). Die entsprechende Schaltung hierfür ist nicht dargestellt.

Claims (5)

1. Verfahren zum Trocknen von Naturdünger und landwirtschaftlichen Produkten in einem verschließbaren Behälter, bei dem dem zu trocknenden Gut unter Einwirkung von Wärme und unter Druckabsenkung Feuchtigkeit entzogen wird und bei dem unter Ausnutzung eines Wärmepumpenprozesses die dem zu trocknenden Gut entzogene Feuchtigkeit kondensiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Füllen des Behälters durch Erzeugung eines Vakuums unterstützt und dabei ein Teil der Flüssigkeit abgesaugt wird, daß dann der Behälter geschlossen, das Gut durch Verkleinerung des Behältervolumens aufgrund des Vakuums ausgepreßt und anfallende Flüssigkeit abgesaugt wird, daß dann durch weiteres Evakuieren die Siedetemperatur erreicht und der Trocknungsvorgang durch Ausdampfen und Absaugen des Dampfes fortgeführt wird, daß anschließend das ursprüngliche Behältervolumen wieder hergestellt und konstant gehalten wird und daß dann durch erneutes Evakuieren, Rühren und Heizen mit der aus dem Wärmepumpenprozeß gewonnenen Wärme der angestrebte Trocknungsgrad erreicht wird.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einem verschließbaren Behälter (1), einer Vorrichtung zum Erwärmen des zu trocknenden Gutes, einer Vakuumpumpe (2), einer Wärmepumpe (11) mit Kondensator, mit Saugleitungen für die aus dem zu trocknenden Gut abgezogene Flüssigkeit und Dämpfe, denen Filter (3, 4) vorgeschaltet sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (1) um 90° verschwenkbar ist, in der Behälterwand eine blockierbare Vorrichtung (8) zum Verändern des Behältervolumens vorgesehen ist, im Behälter (1) ein Rührwerk (14) angeordnet ist und das Rührwerk (14) und die Wand des Behälters (1) mittels der Wärmepumpe (11) beheizbar sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (8) zum Verändern des Behältervolumens als Membrandeckel ausgebildet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Membrandeckel (8) durch einen Tubus (40) abstützbar ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (8) zum Verändern des Behältervolumens aus einem Kolben besteht, der in einem Zylinder geführt ist.