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Verfahren und Vorrichtung zum Trocknen nasser Stoff-, insbesondere
Papierbahnen aller Art mittels dampfhaltiger Heißluft Jede Art von Trocknung nasser
Güter aller Art mit Luft setzt vor allem voraus, daß die verwendete Luft mit Feuchtigkeit
noch nicht gesättigt ist und bis zu ihrer Sättigung bei einer bestimmten Endtemperatur
Feuchtigkeit in Dampfform noch aufzunehmen vermag.
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Durch die Einwirkung der Trocknungsluft auf die Feuchtigkeit einer
nassen Stoffbahn erfolgt in gegenseitiger Wechselwirkung ein Wärmeumsatz, so lange,
bis das thermische Gleichgewicht hergestellt ist, wobei ein Teil der Feuchtigkeit
in Dampf umgewandelt wird und sich eine gesetzmäßigganzbestimmtetieferliegendeGleichgewichtstemperatur
in der sogenannten Kühlgrenze einstellt. Bei dieser Kühlgrenztemperatur ist die
Luft gesättigt.
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Die Differenz aus dem Feuchtigkeitsgehalt der gesättigten Luft und
dem ursprünglichen Feuchtigkeitsgehalt ist jene maximale Feuchtigkeitsmenge, die
der nasen Stoffbahn entzogen werden kann und die Trocknung bewirkt. Diese Differenz
der Feuchtigkeitsgehalte ist in den üblichen Arbeitsgebieten pro i kg Lüft berechnet,
verhältnismäßig sehr klein und beträgt z. B. bei einer Anfangstemperatur von 120'
C bloß höchstens 35 g Feuchtigkeit pro i kg Luft. Es sind deshalb sehr große Luftmengen
erforderlich um bloß i kg Feuchtigkeit zum Verdunsten zu bringen.
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Eine Steigerung der Anfangstemperatur der Luft bewirkt zwar auch eine
Erhöhung der Kühlgrenztemperatur und damit auch eine Erhöhung der Aufnahmefähigkeit
für Feuchtigkeit, doch ist diese Erhöhung sehr bescheiden und beträgt bei einer
Temperaturerhöhung um je io° C bloß etwa 5 g Feuchtigkeit mehr pro i kg Luft. Außerdem
ist eine spürbare Erhöhung der Luftanfangstemperatur mit
Rücksicht
auf mögliche Schädigungen der zu trocknenden Substanz meist nicht zulässig.
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Wenn man aber das gesetzmäßige Absinken der Lufttemperatur während
des Trocknungsprozesses dadurch verhindert, daß man gleichzeitig während des Trocknungsprozesses
der Luft durch eingebaute Heizkörper zusätzliche Wärmemengen stetig zuführt, dann
kann man höhere Endtemperaturen der Luft erreichen, wodurch sich auch die Sättigungsmenge
erhöht und der Luftbedarf für die Trocknung herabsinkt.
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Diese bereits bekannte Methode ergibt höhere Leistungen, ist aber
sehr beengt durch den Umstand, daß für die eingebauten Heizkörper sehr große Heizflächen
erforderlich sind, wodurch die Anwendung dieser Methode gerade bei der wichtigsten
Gruppe der Trocknungsapparaturen, den Zylindertrocknern, bisher ganz unmöglich war,
bzw. niemals den gleichen Effekt ergeben konnte, wie bei der üblichen Trocknungsweise
mit dampfbeheizten Zylindern, ohne Verwendung von Heißluft.
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Dieser Übelstand rührt davon her, daß die Wärmeübergangszahl für alle
Gase, somit auch für Luft, außerordentlich niedrig liegt; eine luftberührte Fläche
kann an die. Luft, die sie erwärmen soll, je nach dem Bewegungszustande bloß etwa
2o bis 30 Wärmeeinheiten pro m2, Stunde und Grad Temperatt?rdifferenz abgeben.
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Aus diesem Grunde müssen die Heizkörper derart groß sein, daß sie
in Trockenzylindern überhaupt nicht untergebracht werden können, wenn die Wärmeübertragung
im gewünschten und erforderlichen Ausmaße auch in der erforderlichen Zeit erfolgen
soll.
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Das gegenständliche, neuartige Verfahren bezweckt nun vor allem, diesen
Übelstand durch eine bedeutende, wesentliche Steigerung der Wärmeübergangszahl zu
beseitigen, auf folgender Grundlage: Eine beheizteFläche kann ankondensierenden
Wasserdampf pro m2, Stunde und Grad Temperaturunterschied etwa 6ooo bis ioooo und
noch mehr Wärmeeinheiten übertragen, bzw.derWasserdampf kann diese Wärmemengen aufnehmen.
Wenn man nun Wasserdampf in Luft einleitet, dann hat dieses Gemisch je nach dem
Anteil beider einer Wärmeübergangszahl, die zwar wesentlich kleiner ist als bei
reinem Wasserdampf, aber um das 5ofache und noch mehr größer sein kann, als bei
trockener oder schwach feuchter Luft.
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Um eine genügend wirkungsvolle Vergrößerung der Wärmeaufnahmefähigkeit
zu erzielen, wäre das Mischungsverhältnis von mindestens i kg Dampf auf i kg Luft
erforderlich. Bei diesem Mengenverhältnis ergibt sich eine Sättigungstemperatur
von etwa 86° C.
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Ist die Anfangstemperatur dieses Dampf-Luft-Gemisches höher als 86°C,
zumindest 87°C, dann ist das Gemisch schon ungesättigt, demnach bereits aufnahmefähig
für Feuchtigkeit und wird in diesem Temperaturgebiet bei jeder weiteren Steigerung
der Temperatur in rapidem Ausmaße aufnahmefähiger.
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Während sich bei den üblichen Verfahren die Sättigungsmenge der Luft
bei Steigerung der Endtemperatur von etwa 36° C auf 5o° C, also uni etwa um i4°
C um bloß etwa 50 g pro i kg Luft vergrößern kann, ergibt eine Erwärmung
des Dampf-Luft-Gemisches von 87° C auf 92° C, also um bloß 5'C, bereits eine Vergrößerung
der Aufnahmefähigkeit um etwa iooo g, demnach das 2ofache.
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Diese Erwärmung bedingt aber auch eine entsprechend große Wärmezufuhr
während des Verdampfungsprozesses, die nur möglich ist, wenn man nicht wie bisher
mit trockener oder schwach feuchter Luft arbeitet, sondern mit einem Dampf-Luft-Gemisch,
also mit dampfhaltiger Heißluft mit dem Mindestanteil von i kg Dampf auf i kg Luft
bei einer Mindesttemperatur von 87° C.
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Demgemäß besteht das Verfahren der Erfindung darin, daß die zum Trocknen
verwendete Luft vorerst mit mindestens der gleichen Gewichtsmenge Wasserdampf bei
einer Mindesttemperatur von 87° C angereichert, dadurch wärmeaufnahmefähiger gemacht
und durch indirekte Wärmezufuhr mittels Dampf oder elektrischer Heizkörper während
des Trocknungsvorganges auf eine Temperatur von mindestens 92°C gebracht wird, bei
welcher die Luft gesättigt abgeführt oder abgesaugt wird. , Der Vorteil dieses neuen
Verfahrens liegt darin, daß -man mit niedrigeren unschädlichen Temperaturen arbeiten
kann, die arbeitende Luftmenge kann ganz bedeutend herabgesetzt werden, wodurch
zahlreiche Einzeleinrichtungen der Trockenapparaturen kleiner gehalten werden können
und außerdem die spezifische Leistung pro m2 Heizfläche wesentlich gesteigert werden
kann, wodurch die Trockenvorrichtungen allgemein kleiner gehalten werden können.
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Das hauptsächlichste Anwendungsgebiet für das neue Verfahren ist aber
für jene Trockenapparaturen gegeben, bei welchen nasse Stoffbahnen aller Art, insbesondere
Papier- und ähnliche Bahnen in kontinuierlichem Arbeitsgang über rotierenden Trockenzylindern
getrocknet werden. Derartige Zylinder werden derzeit fast ausnahmslos nur mit Dampf
geheizt, in Sonderfällen mit heißem Wasser oder mit sehr trockener Heißluft, letzteres
nur für untergeordnete Zwecke, z. B. zum Herausblasen von Dampfschwaden aus -Trockenfilzen,
in welchem Falle die Mantelfläche des Zylinders gelocht ausgeführt ist.
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Bei gelochter Ausführung der Zylindermantelflächen wäre es möglich,
in die Zylinder eingeblasene Heißluft direkt auf die Stoffbahn einwirken zu lassen,
der Effekt wäre aber infolge der sehr beschränkten Aufnahmefähigkeit der Luft viel
geringer als bei Zylindern mit Dampfheizung.
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Der Effekt könnte nur durch den Einbau von Heizkörpern vergrößert
werden, was aber nur dann möglich ist, wenn diese Heizkörper kleiner als die Zylinder
sind, und das wird wiederum nur dadurch ermöglicht, daß man die Leistungsfähigkeit
der Heizkörper wesentlich steigert, indem man nicht trockene oder wenig feuchte
Heißluft verwendet, sondern nach dem Verfahren der Erfindung arbeitet.
Daraus
ergibt sich folgende, neuartige Trockenzv-linderausführung, die dadurch gekennzeichnet
ist, daß um einen feststehenden, außen mit einemDampf-oder elektrischen Heizkörper
versehenen Blechzylinder in möglichst geringem Abstand von diesem ein Trockenzylinder
umläuft, dessen Mantelfläche gelocht oder als Sieb ausgebildet ist und dadurch ermöglicht,
daß die in den feststehenden Blechzylinder eingeblasene dampfhaltige Heißluft beim
Austritt aus dem Zylinder durch einen Längsschlitz mit der vorher in bekannter Weise
vorgewärmten Stoffhahn in unmittelbare Berührung kommt, Feuchtigkeit aufnimmt und
dabei gleichzeitig vom Heizkörper zusätzliche Wärmemengen zugeführt bekommt, um
schließlich bei erreichter Sättigung durch die unbedeckte Trockenzylinderfläche
zu entweichen oder abgesaugt zu werden.
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In der Zeichnung ist der Gegenstand der Erfindung schematisch dargestellt,
und zwar in Abb. i im Längsschnitt und in Abb.2 im Querschnitt.
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Um einen feststehenden Blechzylinder a, der durch hohl ausgeführte
Zapfen b beiderseits fest gelagert ist, rotiert, auf diesen Zapfen als Achse gelagert,
ein Trockenzylinder c, dessen Mantelfläche d gelocht oder als Siel) ausgebildet
ist. In dem Zwischenraum zwischen dem feststehenden Blechzylinder u und dem rotierenden
Trockenzylinder c ist ein Heizkörper e bekannter Art eingebaut, entweder für Dampf
oder für elektrische Beheizung, und zwar im gleichen Umfang, wie der Trockenzylinder
von der Stottbalin bedeckt wird, oder etwas weniger. Die Zu- und Ableitung f bzw.
g für den Heißdampf bzw. für den elektrischen Strom erfolgt durch den einen hohlen
Zapfen b der feststehenden B'lechtrominel a. Durch den anderen hohlen Zapfen b wird
das Dainpf-Luft-Gemisch, wie oben näher dargelegt, in die feststehende Trommel a
eingeblasen und strömt von dort durch einen über die ganze Mantellänge gehenden
Schlitz h gegen die Stoffbahn, um längs dieser an der von der Stoffbahn nicht bedeckten
Fläche i zu entweichen oder von dort abgesaugt zu werden. Auf diesem Wege kommt
die Luft in Berührung sowohl mit der zu trocknenden Stoffbahn als auch mit dem Heizkörper
e und bekommt von letzterem zusätzliche Wärmemengen zugeführt.
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1?s ist empfehlenswert, vorerst eine Anwärmung der Stoffbahn auf einem
oder zwei Trockenzylindern der üblichen .Ausführung vorzunehmen und die luftbeschickten
Trockenzylinder nur für den eigentlichen \'erdampfungsprozeß zu verwenden. Det'
Vorteil der neuartigen Zylinderausführung liegt in der Steigerung der spezifischen
Leistung, demnach Herabsetzung der sehr hohen Baugewichte von Trockenpartien, welche
derzeit bei Papiermaschinen 5o bis 70 °Jo vom Gesamtgewicht der Papiermaschinen
betragen. Durch die feste Lagerung des Heizkörpers entfallen alle unangenehmen Stopfbüchsen.
Durch die Möglichkeit der Wiedergewinnung eines Großteils der Wärme aus den abgesaugten
Dampfschwaden ergibt sich eine weitere \'\'ärme- und Kohlenersparnis.
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Die notwendige Entlüftung sowohl der Trockenapparaturen als auch des
Arbeitsraumes ist bei Verwendung von Luft eine wesentlich intensivere als bei den
üblichen mit Dampf beheizten Trockenapparaturen ohne zusätzliche Entlüftungseinrichtungen.