Wirbelschichttrockner kürzer gemacht

12. November 2014

Von Craig Anderson, MBA, und Jarrett Bowling, Almo Process, und Michael Pfeiffer und Dr. – Ing. Mathias Trojosky, Allgaier Process Technology GmbH

Bei integrierten Wärmetauschern in einem Wirbelschichttrockner verkürzt die Kombination der konduktiven Wärmeübertragung aus der Fluidisierung mit zusätzlicher indirekter Wärmeübertragung von den Wärmetauscherschlangen die erforderliche Länge des Wirbelschichttrockners drastisch. Durch den Einsatz dieses Systemtyps kann die Länge des Wirbelschichttrockners um bis zu 70 % reduziert werden. Neben der Reduzierung der Stellfläche des Wirbelschichttrockners werden auch Effizienzsteigerungen durch die Wärmeeinsparung und den geringeren Luftbedarf zur Fluidisierung der Partikel erzielt. Bis zu 80 % der benötigten Trocknungswärme können durch die integrierten Wärmetauscher bereitgestellt werden, was den Luftbedarf drastisch reduziert. Die Luftzufuhr- und Abluftsysteme für den Wirbelschichttrockner werden ebenfalls proportional reduziert. WirbelschichttrocknerFließbetttrockner nutzen typischerweise einen Kreuzstrom zwischen Trocknungsluft und einem feuchten Produkt, um die Trocknung zu erreichen. Die Geschwindigkeit des aufwärts gerichteten Luftstroms muss die begrenzende Wirkung des Produktbetts im Trockner überschreiten, um eine Fluidisierung zu erreichen (wie in der Abbildung dargestellt). Diese Trocknungsmethode beruht auf Konvektion, um die Trocknung zu erreichen. Die Partikel werden durch die Suspension durch Fluidisierung in die Trocknungsluft eingetaucht. Die Materialhöhe im Fließbett ist begrenzt, um die Wirksamkeit des typischen Fließbetts zu bewahren. Insgesamt wird eine hohe Trocknungseffizienz erreicht. Allerdings kommt es während der Fluidisierung zu einer Blasenbildung des Materials. Durch die Blasenbildung kann Luft am Material vorbeiströmen. Luft, die das Material umgehen kann, verringert die Effizienz der Fluidwärmeübertragung. Siehe Abbildung der Querströmung zwischen Luft und Produkt in einem typischen Wirbelschichttrockner. Sehr feinkörnige Schüttgüter (<200 Mikrometer) mit hoher Oberflächenfeuchtigkeit können schwierig zu fluidisieren sein gleichmäßig nur durch den Luftstrom. Feuchtigkeit ist ein wesentliches Bindeelement zwischen einzelnen Partikeln, insbesondere Feinpartikeln. Wenn die Feuchtigkeit als Bindung zwischen feinen Partikeln wirken kann, neigt die Luft dazu, Kanäle in der Produktschicht zu bilden. Die Trocknungsluft strömt nur durch diese etablierten Kanäle, ohne dass der gewünschte Effekt der Partikelverwirbelung auftritt. Dieses Vorkommnis wird häufig durch Kraterbildung im Produktbett angezeigt. Dieser Zustand wird typischerweise durch zusätzliche Vibrationen am Wirbelschichttrockner behoben und gemildert. Eine weitere Verbesserung des Prozesses kann jedoch durch die Hinzufügung einer zusätzlichen Wärmequelle erreicht werden. Die Hinzufügung von Heizflächen zum fluidisierten Produkt erhöht die Effizienz des Prozesses. Die Ergänzung des konvektiven Trocknungsluftstroms aus der Fluidisierung mit indirekter Wärme von den Wärmetauscherschlangen stellt eine zusätzliche Quelle für die Wärmeübertragung dar. Während des Betriebs werden diese Wärmetauscher in das Produktbett eingetaucht. Bis zu 80 % des Wärmebedarfs können durch indirekte Heizflächen gedeckt werden. Im Vergleich zur vollständigen Wirbelschichttrocknung ist die zur Unterstützung des Prozesses erforderliche Luftzufuhr geringer. Der Hauptzweck der Luftzufuhr für einen typischen Wirbelschichttrockner besteht einfach darin, eine Fluidisierung herbeizuführen, um die Wärmeübertragung zu optimieren. Da ein erheblicher Teil der Wärmeübertragung über die Wärmetauscher erfolgen kann, kann der erforderliche Luftstrom entsprechend reduziert werden. Dadurch verringert sich der Mindestluftbedarf, der zur Entfernung der Feuchtigkeit aus dem Produkt erforderlich ist. Auch die Zuluft- und Abluftanlagen für den Prozess werden entsprechend reduziert. Das Ergebnis ist eine kleinere Anlage, die weniger Kapital kostet und effizienter im Betrieb ist. Siehe Abbildung von integrierten Wärmetauschern, die die Wärmeübertragung ergänzen. Die Kombination der konvektiven Wärmeübertragung mit der von den Wärmetauscherschlangen abgestrahlten Wärme verbessert die Feuchtigkeitskapazität der Trocknungsluft. Dadurch entsteht eine hohe Wasserbeladung in der Abluft. Die zusätzliche Wärme durch den internen Wärmetauscher führt zu einer sehr hohen Wasserverdunstung aus einer geringeren Luftmenge. Dadurch ist die Abgaswasserbelastung besonders hoch und es besteht die Gefahr einer Taupunktbildung im Abgasrohr. Dieses Risiko wird gemindert, indem eine kleine Menge heißer Luft vom Trocknereinlass zum Abluftkanal umgeleitet wird. Die Temperatur des Abluftstroms wird leicht erhöht und der Taupunkt gesenkt. Siehe Abbildung eines Wirbelschichttrockners mit integrierten Wärmetauschern. Es ist notwendig, die Höhe einer Anlage zu erhöhen, um die Wärmetauscher im Inneren des Wirbelschichttrockners unterzubringen. Die Gesamthöhe des Fließbetts würde etwas erhöht, während die Gesamtlänge des Fließbetts erheblich verringert würde. Die horizontal gestapelten Tauscherschlangen bieten deutlich mehr Möglichkeiten zur Wärmeübertragung. Die erhöhte Höhe des Wirbelbetts geht mit einer größeren Tiefe der Produktbetten im Trockner einher. Produktbetten können in einer Tiefe von 1-2 m effektiv getrocknet werden. In Wirbelschichttrocknern werden in der Regel tiefe Produktbetten vermieden. Dies ist auf den Blaseneffekt zurückzuführen, der die Trocknungseffizienz in Wirbelschichttrocknern verringert und durch tiefe Produktbetten ausgefällt wird. Allerdings behindern die horizontal gestapelten, in das Produktbett eingetauchten Wärmetauscherschlangen das Blasenwachstum und die Blasenbildung. Durch das Vorhandensein der Wärmetauscherschlangen im gesamten Produktbett wird die Wärme gleichmäßig durch das Material übertragen. Der maximal mögliche Wärmeübergang hängt stark von der Korngröße des Materials ab. Mit feineren Partikeln im Produktbett kann eine höhere Wärmeübertragung erreicht werden. Der Vorteil der Verwendung integrierter Wärmetauscher kann durch das Mollier-Diagramm ausgedrückt werden. Linie 1 im Diagramm zeigt einen typischen Wirbelschichttrockner, bei dem die Wärmeübertragung nur durch Luft erfolgt. In diesem Fall kann nur eine höhere Temperatur die Feuchtigkeitskapazität der Luft erhöhen. Eine Erhöhung der Temperatur wäre die einzige Methode, um die Menge der erforderlichen Trocknungsluft zu reduzieren. Siehe Mollier-Diagramm. Vergleich von Wirbelschichttrocknern und Wirbelschichttrocknern mit integrierten Wärmetauschern. Kurve 2 im Diagramm zeigt die Wirkung der zusätzlichen Wärmeflächen, die durch integrierte Wärmetauscher bereitgestellt werden . Wie bereits erwähnt, ist es aufgrund der hohen Wasserbeladung der Luft erforderlich, der Abluft etwas Wärme zuzuführen. Die höhere Abluft- und Produkttemperatur wird im Diagramm durch ΔT dargestellt. Die Wasserbeladung in der Trocknerabluft, dargestellt durch ΔX, ist im Vergleich zu einer typischen Wirbelschichttrockneranwendung deutlich erhöht. Dies verringert direkt die erforderliche Länge des Wirbelschichttrockners, die Menge der notwendigen Trocknungsluft und die Größe der Luftzufuhr-/Abluftsysteme. Die wirtschaftlichen Auswirkungen sind immer sehr groß, am deutlichsten jedoch bei Produkten, die zum Trocknen eine niedrige Temperatur erfordern. Temperaturempfindliche Produkte bieten den größten Vorteil für integrierte Wärmetauscher, die in Wirbelschichttrocknern installiert sind. Siehe Installation von Wärmetauscherschlangen in einem Wirbelschichttrockner: Allgaier Typ WS-HF-TK-5.00Anwendungsbeispiel• 40 t/h Kartoffelgranulat • 7 in das Bett eingetauchte Wärmetauscherbündel • Zufuhrfeuchtigkeit von 18 % • Restfeuchtigkeit von <8 % • Endkühlung auf <50 °C • Allgaier-Installation von WS-HF-T-KSiehe Bild der Allgaier-Installation von WS-HF-TK Die Allgaier-Gruppe verfügt über mehr als 20 Jahre Erfahrung mit dieser Technologie. Diese Art von Technologie wird typischerweise bei Anwendungen eingesetzt, bei denen große Mengen an Feuchtigkeit entfernt werden müssen. Insbesondere kristalline Produkte (wie Natriumchlorid) und Lebensmittel haben den größten Nutzen aus dieser Technologie gezogen. Auch für Kühlanwendungen kommt diese Technologie in Betracht. Anstelle von Dampf, der den Wärmetauschern zugeführt wird, könnte kühles Wasser für eine Kühlanwendung verwendet werden. Für weitere Informationen kontaktieren Sie ALMO Process unter 513-453-6990 oder besuchen Sie www.almoprocess.com.

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