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DE3013025A1 - Verfahren zur entfeuchtung von feuchter luft oder gesaettigtem wasserdampf - Google Patents

Verfahren zur entfeuchtung von feuchter luft oder gesaettigtem wasserdampf

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DE3013025A1
DE3013025A1 DE19803013025 DE3013025A DE3013025A1 DE 3013025 A1 DE3013025 A1 DE 3013025A1 DE 19803013025 DE19803013025 DE 19803013025 DE 3013025 A DE3013025 A DE 3013025A DE 3013025 A1 DE3013025 A1 DE 3013025A1
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    • B01D53/26—Drying gases or vapours
    • B01D53/263—Drying gases or vapours by absorption
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F3/00—Air-conditioning systems in which conditioned primary air is supplied from one or more central stations to distributing units in the rooms or spaces where it may receive secondary treatment; Apparatus specially designed for such systems
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Description

Verfahren zur Entfeuchtung von feuchter Luft oder gesättigtem Wasserdampf.
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 ver-
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brauchte Dampfmenge, beträgt 0,2-0,5 to an Heizdampf pro to an verdampftem Wasser, während ein Trocknungsprozeß 1,2-2,2 to an Heizdampf pro to an entferntem Wasser verbrauchen kann.
Bei den heute üblichen Trοcknungssysterneη wird fortlaufend eine bestimmte Menge an Frischluft vorgewärmt und mit dem zu trocknenden Material in der Trocknungseinrichtung 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 naturgemäß auch die Energie hinzugerechnet werden, welche zur Erwärmung des zu trocknenden Materials benötigt wird, ferner Wärmeverluste usw.
Die Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, ein Verfahren zu verwirklichen, durch welches der bisher übliche hohe Energieverbrauch bei Trocknungsverfahren vermeidbar ist.
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Die Erfindung schlägt hierzu vor, dieses fortlaufend wiederholte Erwärmen der Luft zwecks Reduzierung der relativen Feuchtigkeit
bei jedem ErwärmungsVorgang durch eine adiabatische Entfeuchtung der Luft zu ersetzen. Eine derartige adiabatische Entfeuchtung
wird im Gegenstrom in einer Säule, einem Skrubber oder dgl. mittels einer geeigneten feuchtigkeitsabsorbierenden Flüssigkeit ausgeführt. Bei dem adiabatischen Entfeuchtungsprozeß kondensiert
der Wasserdampfgehalt der Luft in der 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 werden kann. Nach der Entfeuchtung der Luft kann sie zu erneuter 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 Sohnellverdampfung läßt sich infolgedessen erfindungsgemäß der spezifische Energieverbrauch bei Trockenprozessen auf
die gleiche Höhe senken wie bei Verdampfungsprozessen.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Entfeuchtung von feuchter
Luft oder gesättigtem Wasserdampf, wie er z.B. beim Trocknen von Feststoffen entsteht, bei welchem im Gegenstrom zum zu entfeuchtenden Medium eine konzentrierte Absorptionsflüssigkeit in eine
Absorptionseinrichtung mit einer Temperatur eingeleitet wird,
welche wenigstens gleich der Temperatur ist, die bei atmosphärischem Druck dem Siedepunkt der Konzentration der Absorptions-
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flüssigkeit entspricht, welche zur Herabsetzung des Wasserdampfdruckes benötigt wird, um die gewünschte Überhitzung des ausströmenden Wasserdampfes zu erreichen, ist im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß die Absorptionsflüssigkeit als einzige Komponente mit einem substantiellen Dampfdruck Wasser enthält, daß die Absorption adiabatisch durchgeführt wird, d.h. ohne wesentlichen Wärmeaustausch mit der Umgebung, und bei derartigen Gewichtsverhältnissen zwischen Absorptionsflüssigkeit und dem Gas oder Dampf, daß der Hauptteil der Kondensationswärme des während der Absorption kondensierten Wasserdampfes an das bezw. den progressiv trockener werdende(n) Gas oder Dampf übertragen und dadurch dessen Temperatur erhöht wird, und daß die nach erfolgter Absorption verdünnte Absorptionsflüssigkeit konzentriert und zu erneuter Verwendung wieder in Umlauf gebracht wird, während das bezw. der entfeuchtete und erhitzte Gas bezw. Dampf zur erneuten Feuchtigkeitsaufnahme bezw. zur erneuten Umwandlung in gesättigten Wasserdampf wieder in Umlauf gebracht wird.
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. Wenn auch die nachfolgende Beschreibung sich in der Hauptsache auf den Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Entfeuchtung in Verbindung mit Trocknung bezieht, ist die Erfindung doch keineswegs nur hierdrauf beschränkt.
Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Trocknen, sollte die Eigenenergie (der Energiegehalt) des beim Konzentrieren der
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Absorptionsflüssigkeit erhaltenen Wasserdampfes durch entsprechende Auswahl einer für diesen Zweck geeigneten Verdampfungsmethode, beispielsweise Mehrfachverdampfung, Schnellverdampfung usw. gesteuert werden, um zu verhindern, daß diese Eigenenergie die zum Vorwärmen des zu trocknenden Materials einschließlich seines Wassergehaltes von der Umgebungstemperatur auf die Trocknungstemperatur benötigte Energiemenge übersteigt.
Die Menge der Absorptionsflüssigkeit sollte der absorbierten Wassermenge angepaßt werden. Da die Absorptionsflüssigkeit keinerlei flüchtige Komponente als Wasser enthält, lassen sich die vorgenannten Bedingungen mittels eines adiabatischen Prozesses erzielen.
Die Absorptionsflüssigkeit kann aus einer oder mehreren nicht flüchtigen Komponenten, welche in Wasser gelöst sind, bestehen. Dabei müssen diese nicht flüchtigen Komponenten allerdings sehr stark löslich sein, um eine starke Reduzierung des Wasserdampfdruckes über der Lösung hervorzurufen. Brauchbare nicht flüchtige Komponenten sind beispielsweise Kaliumazetat, Natriumazetat, Kaliumkarbonat, Kalziumchlorid, Lithiumchlorid und Litziumbromid. Besonders gute Resultate lassen sich mit einer Mischung von J)O Gew.-% Natriumazetat mit etwa 70 Gew.-# Kaliumazetat erreichen.
Die Absorptionsflüssigkeit kann, wenn sie frisch in das Verfahren eingebracht wird, eine derartige Temperatur und Konzentration aufweisen, daß sie aus einer Schmelze des oder der nicht flüchtigen Komponenten besteht, vollkommen wasserfrei ist oder nur einen geringen Wassergehalt enthält.
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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 % {ψ = 1,0) enthält 0,08 kg H20/kg Trockenluft. Wenn diese Luft auf ψ = 0,1 entfeuchtet werden soll, um O,O66 kg HpO/kg Trockenluft zu ergeben, so muß eine Salzlösung mit einer Eingangskonzentration mit besseren Gleichgewichtsdaten als γ = 0,1 in einer derartigen Menge verwendet werden, daß die absorbierte Wasserdampfmenge keine zu starke Verdünnung der Lösung verursacht, sodaß der Wasserdampfdruck über der Lösung, welche die Absorptionseinrichtung verläßt, noch niedriger ist als der, der einem Wert von ψ =1,0 entspricht.
Ein erfindungsgemäßes adiabatisches Absorptionsverfahren soll nachstehend anhand eines Beispiels erläutert werden: Es wird davon ausgegangen, daß eine gewisse Luftmenge 750Ö kg Wasser enthält, eine Temperatur von 6o°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 wärde dadurch verdünnt. Andererseits hat die Luft eine der Kondensationswärme von 1000 kg Wasserdampf entsprechende Energiemenge aufgenommen. Diese Energiemenge kann die Temperatur der Luft von 600C auf etwa lo6°C erhöhen. Gleichzeitig ist die relative Feuchtigkeit auf etwa I5 % abgesunken, sodaß die Luft beispielsweise als Trockenluft erneut verwendet werden kann.
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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 Kühlunf der Feuchtluft erreicht wird.
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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 Warmeträgergas, welche· aus überhitztem Dampf besteht, durchgeführt wird. Während d«s Trooknungsprozesses 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.
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Claims (4)

Andrejewski, Honke & Partner, Patentanwälte in Essen Patentansprüche:
1. Verfahren zur Entfeuchtung von feuchter Luft oder gesättigtem Wasserdampf, wie er z.B. beim Trocknen von Peststoffen entsteht, bei welchem im Gegenstrom zum zu entfeuchtenden Medium eine konzentrierte Absorptionsflüssigkeit in eine Absorptionseinrichtung mit einer Temperatur eingeleitet wird, welche wenigstens gleich der Temperatur ist, die bei atmosphärischem Druck dem Siedepunkt der Konzentration der Absorptionsflüssigkeit entspricht, welche zur Herabsetzung des Wasserdampfdruckes benötigt wird, um die gewünschte relative Feuchtigkeit des Ausgangsgases bezw. die gewünschte Überhitzung des ausströmenden Wasserdampfes zu erreichen, dadurch gekennzeichnet, daß die Absorptionsflüssigkeit als einzige Komponente mit einem substantiellen Dampfdruck Wasser enthält, daß die Absorption adiabatisch durchgeführt wird,d.h. ohne wesentlichen Wärmeaustausch mit der Umgebung, und bei derartigen Gewichtsverhältnissen zwischen Absorptionsflüssigkeit und dem Gas oder Dampf, daß der Hauptteil der Kondensationswärme des während der Absorption kondensierten Wasserdampfes an das bezw. den progressiv trockener werdende(n) Gas oder Dampf übertragen und dadurch dessen Temperatur erhöht wird, und diß die nach erfolgter Absorption verdünnte Absorptionsflüssigkeit konzentriert und zu erneuter Verwendung wieder in Umlauf gebracht wird, während das bezw. der entfeuchtete und erhitzte Gas bezw. Dampf zur erneuten Feuchtigkeitsaufnahme bezw. zur erneuten Umwandlung in gesättigten Wasserdampf wieder in Umlauf gebracht wird.
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2. Verfahren nach Anspruch 1 zur Materialtrocknung, dadurch gekennzeichnet, daß die bei der Konzentrierung der Absorptionsflüssigkeit erhaltene Eigenenergie des Wasserdampfes dadurch gesteuert wird, daß eine diesem Zweck entsprechende Verdampfungsmethode (Mehrfach-Verdampfung, Druckverdampfung usw.) in der Weise ausgewählt wird, daß diese Eigenenergie die zur Vorerwärmung des zu trocknenden Materials, einschließlich seines Wassergehaltes, von der Raumtemperatur auf die Trocknungstemperatur benötigte Energiemenge nicht übersteigt.
J5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Absorptionsflüssigkeit eine wässrige Lösung eines oder mehrerer Salze wie Kaliumazetat, Natriumazetat, Kaliumkarbonat, Kalziumchlorid, Lithiumchlorid oder Lithiumbromid ist.
4. Verfahren nach Anspruch J>, dadurch gekennzeichnet, daß die Absorptionsflüssigkeit aus einer wässrigen Lösung einer Mischung aus etwa J>0 Gew. -% Natriumazetat und etwa 70 Gew.-^ Kaliumazetat besteht.
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