Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Kombination von Kältetrockner und Adsorber verbessert Energieeffizienz

24.03.2009
Druckluftversorgung ist zwar energieaufwendig, aber sie ermöglicht auch, auf vielfältige Weise Energie einzusparen. Effiziente Drucklufttrocknung ist ein Beispiel dafür: Mit Hilfe moderner Kältetrockner und intelligent kombinierter Kälte-/Adsorptionstrocknung lassen sich hohe Einspareffekte erzielen.

Die üblichen Verfahren der Drucklufttrocknung wie Adsorptions-, Kälte- oder Membrantrocknung haben einen ganz unterschiedlichen Energiebedarf. Bei den meisten industriellen Anwendungen wird ein Drucktaupunkt (Trockenheitsgrad) von bis zu 3 °C benötigt. Er sollte so energiesparend wie möglich erreicht werden.

Kältetrockung bietet höchsten Wirkungsgrad

Dafür bietet sich die Kältetrocknung als effizienteste Methode an. Moderne Kältetrockner kommen mit sehr niedrigem Differenzdruck aus. Sie arbeiten zudem mit energiesparenden Aussetzsteuerungen oder (für höheren Luftdurchsatz) mit Kältemittelkompressoren, die ihre elektrische Leistungsaufnahme dem jeweiligen Durchsatzvolumen anpassen.

Daraus resultieren Energieeinspareffekte von bis zu 60% gegenüber herkömmlichen Kältetrocknern mit Heißgas-Bypass-Regelung. Kaltregenerierende Adsorptionstrockner und Membrantrockner haben dagegen eine 12- bis 16-mal höhere spezifische Leistungsaufnahme.

Werden hingegen niedrigere Drucktaupunkte unter 3 °C gefordert, wie etwa in frostgefährdeten Bereichen oder oft in der Verfahrenstechnik, dann kommen kalt- oder warmregenerierende Adsorptionstrockner zum Einsatz. Letztere sind zwar in der Anschaffung teurer und benötigen zudem mehr Wartung als Erstere, verursachen aber wegen ihres geringeren Energiebedarfs vergleichsweise niedrige Gesamtbetriebskosten. Sie sind ab Volumenströmen von etwa 15 m3/min wirtschaftlich einsetzbar.

Kombiniertes Verfahren für niedrige Drucktaupunkte

Niedrige Drucktaupunkte bis -40 °C lassen sich aber noch deutlich energieeffizienter durch ein kombiniertes Verfahren aus Kälte- und Adsorptionstrocknung erreichen. Dabei handelt es sich nicht um eine simple Serienschaltung von Kälte- und Adsorptionstrockner. Vielmehr ist in der zweistufigen Trockneranlage ein warmregenerierender Adsorber in den zugehörigen Kältetrockner gleichsam eingebaut.

Zunächst entfeuchtet der Kältetrockner die Druckluft energiesparend auf Drucktaupunkt-Werte von bis zu 3 °C. Die feuchte Luft gelangt dabei durch den Luft-Luft-Wärmetauscher in den Luft-Kältemittel-Wärmetauscher und wird dort auf 3 °C abgekühlt. Nach dem Entfernen des kondensierten Wassers durch einen Kondensatabscheider strömt sie durch den Luft-Luft-Wärmetauscher, kühlt dort die vom Kompressor kommende feuchte Luft vor und verlässt den Trockner.

Kältetrockner verrichtet größten Teil der Arbeit

Die Schnittstelle zwischen Kälte- und Adsorptionstrockner liegt zwischen Kondensatabscheider und Luft-Luft-Wärmetauscher. Im Kombibetrieb wird dort der Luftstrom zum Einlass des Adsorptionstrockners umgeleitet. Um den Drucktaupunkt von -40 °C zu erreichen, muss der Adsorber nur noch rund 15% der ursprünglichen Feuchte aus der Luft entfernen; etwa 85% dieser Arbeit hat der Kältetrockner bereits getan.

Dazu durchströmt die Luft abwechselnd einen der beiden Adsorptionsbehälter und gibt ihre Restfeuchte an das Trockenmittel (Adsorbens) ab. Danach gelangt sie über einen Staubfilter zum Luft-Luft-Wärmetauscher des Kältetrockners und schließlich zum Auslass.

Warmer Luftstrom lässt Wasser aus dem Trockenmittel desorbieren

Gleichzeitig saugt ein Gebläse über einen Filter Umgebungsluft an. Sie wird aufgeheizt und durch das vom letzten Trockenzyklus wasserbeladene Trockenmittelbett des zweiten Adsorptionsbehälters geleitet. Der warme Luftstrom lässt das Wasser aus dem Trockenmittel desorbieren und entfernt es aus dem Behälter.

Sobald das Adsorbens fast trocken ist, wird der Heizluftstrom gestoppt und stattdessen eine geringe Menge getrockneter Druckluft durch den Behälter geleitet. Sie soll das Trockenmittel abkühlen, damit es gleich wieder einsatzbereit ist, wenn der andere Behälter mit Warmluft regeneriert werden muss.

Absorber kann mit einem Bypass umgangen werden

Der ohnehin stark reduzierte Arbeitsanteil des Adsorbers kann oft auf null gesenkt werden, wenn keine Frostgefahr besteht. Moderne Kombitrockner bieten dazu die Möglichkeit, den Adsorptionsteil per Bypass zu umgehen, so dass nur noch der energieeffizientere Kältetrockner aktiv ist.

Durch bloße Serienschaltung von Kälte- und Adsorptionstrockner ließe sich kein vergleichbarer Einspareffekt erzielen: Im Kombitrockner tritt die Druckluft mit einer Temperatur von 3 °C und 100% Feuchtesättigung in den Adsorptionstrockner ein. Bei nachgeschaltetem separatem Adsorptionstrockner dagegen beträgt die Eintrittstemperatur der Druckluft nach ihrer Wiedererwärmung im Luft-Luft-Wärmetauscher etwa 28 °C.

Bei gleichbleibender absoluter Feuchte ergeben sich am Adsorber-Eingang 20% relativer Feuchte. Diese niedrigere Eintrittsfeuchte und die höhere Eintrittstemperatur verringern die Kapazität des Trockenmittels um bis zu 80%. Die nötigen Gegenmaßnahmen (Einsatz von mehr Trockenmittel und größeren Behältern sowie Verkürzen der Zykluszeiten) führen zu höheren Anschaffungs-, Installations- und Energiekosten.

Kälte-Adsorptionstrocker nutzen Trockenmittel optimal aus

Kälte-Adsorptionstrocknung im Kombiverfahren ist auch dann wirtschaftlich sinnvoll, wenn ganzjährig Drucktaupunkte unter 3 °C erreicht werden sollen. Verglichen mit einem einzelnen Adsorptionstrockner erlauben es die niedrigere Eintrittstemperatur bei Sättigung und die geringere Wasserbeladung, das Trockenmittel optimal auszunutzen und den Trockenmittelbedarf zu reduzieren.

Kombitrockner können einen Drucktaupunkt von -40 °C bei voller Auslastung in einer Gesamtzykluszeit von 16 h erreichen. Einstufige Adsorptionstrockner haben oft einen Sechs-Stunden-Zyklus. Das bedeutet mehr Umschaltvorgänge zwischen den Trockenmittelbehältern.

Energiekosten sinken um bis zu zwei Drittel

Außerdem liegt die Regenerationstemperatur der Kombitrockner um bis zu 50 °C unter der einstufiger Adsorptionstrockner und sie muss weniger lang aufrechterhalten werden. Somit lässt sich erheblich Heizenergie einsparen.

Im Vergleich zu einstufigen warmregenerierenden Adsorptionstrocknern kann das Kombiverfahren die Energiekosten bei viermonatigen Frostperioden um bis zu 67% verringern. Bei ganzjährig erforderlichem Drucktaupunkt von -40 °C lassen sich immerhin noch bis zu 50% Kosten einsparen. Außerdem kann der Energiebedarf mit Teillastregelungen weiter gesenkt werden.

Kälte-Adsorptionstrocknung für niedrige Drucktaupunkte am wirtschaftlichsten

Der Kostenvergleich anhand eines Praxisbeispiels bestätigt: Kältetrocknung ist als Standardverfahren für Drucktaupunkte bis 3 °C am wirtschaftlichsten. Für niedrigere Drucktaupunkte bis -40 °C empfiehlt sich Kälte-Adsorptionstrocknung im Kombiverfahren.

Entsprechende Trockner gibt es für Volumenströme ab 20 m3/min. Sie sind zwar konstruktiv anspruchsvoller und teurer in der Anschaffung als einstufige warmregenerierende Adsorptionstrockner, doch die Investition lohnt sich wegen höherer Effizienz und sie amortisiert sich rasch: bei einem mittleren Strompreis von 0,15 Euro pro Kilowattstunde und 8760 jährlichen Betriebsstunden zum Beispiel innerhalb eines knappen Jahres. (Die Daten beziehen sich auf einen Betrieb nach ISO 7183, Option A).

Dipl.-Ing. (FH) Erwin Ruppelt ist leitender Projektingenieur der Kaeser Kompressoren GmbH in 96450 Coburg; Michael Bahr ist Pressereferent im selben Unternehmen.

Erwin Ruppelt und Michael Bahr | MM MaschinenMarkt
Weitere Informationen:
http://www.maschinenmarkt.vogel.de/themenkanaele/betriebstechnik/drucklufttechnik/articles/175992/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Maschinenbau:

nachricht Aufwind für die Luftfahrt: University of Twente entwickelt leistungsstarke Verbindungsmethode
23.01.2017 | University of Twente

nachricht Satellitengestützte Lasermesstechnik gegen den Klimawandel
17.01.2017 | Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Maschinenbau >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Erstmalig quantenoptischer Sensor im Weltraum getestet – mit einem Lasersystem aus Berlin

An Bord einer Höhenforschungsrakete wurde erstmals im Weltraum eine Wolke ultrakalter Atome erzeugt. Damit gelang der MAIUS-Mission der Nachweis, dass quantenoptische Sensoren auch in rauen Umgebungen wie dem Weltraum eingesetzt werden können – eine Voraussetzung, um fundamentale Fragen der Wissenschaft beantworten zu können und ein Innovationstreiber für alltägliche Anwendungen.

Gemäß dem Einstein’schen Äquivalenzprinzip werden alle Körper, unabhängig von ihren sonstigen Eigenschaften, gleich stark durch die Gravitationskraft...

Im Focus: Quantum optical sensor for the first time tested in space – with a laser system from Berlin

For the first time ever, a cloud of ultra-cold atoms has been successfully created in space on board of a sounding rocket. The MAIUS mission demonstrates that quantum optical sensors can be operated even in harsh environments like space – a prerequi-site for finding answers to the most challenging questions of fundamental physics and an important innovation driver for everyday applications.

According to Albert Einstein's Equivalence Principle, all bodies are accelerated at the same rate by the Earth's gravity, regardless of their properties. This...

Im Focus: Mikrobe des Jahres 2017: Halobacterium salinarum - einzellige Urform des Sehens

Am 24. Januar 1917 stach Heinrich Klebahn mit einer Nadel in den verfärbten Belag eines gesalzenen Seefischs, übertrug ihn auf festen Nährboden – und entdeckte einige Wochen später rote Kolonien eines "Salzbakteriums". Heute heißt es Halobacterium salinarum und ist genau 100 Jahre später Mikrobe des Jahres 2017, gekürt von der Vereinigung für Allgemeine und Angewandte Mikrobiologie (VAAM). Halobacterium salinarum zählt zu den Archaeen, dem Reich von Mikroben, die zwar Bakterien ähneln, aber tatsächlich enger verwandt mit Pflanzen und Tieren sind.

Rot und salzig
Archaeen sind häufig an außergewöhnliche Lebensräume angepasst, beispielsweise heiße Quellen, extrem saure Gewässer oder – wie H. salinarum – an...

Im Focus: Innovatives Hochleistungsmaterial: Biofasern aus Florfliegenseide

Neuartige Biofasern aus einem Seidenprotein der Florfliege werden am Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung IAP gemeinsam mit der Firma AMSilk GmbH entwickelt. Die Forscher arbeiten daran, das Protein in großen Mengen biotechnologisch herzustellen. Als hochgradig biegesteife Faser soll das Material künftig zum Beispiel in Leichtbaukunststoffen für die Verkehrstechnik eingesetzt werden. Im Bereich Medizintechnik sind beispielsweise biokompatible Seidenbeschichtungen von Implantaten denkbar. Ein erstes Materialmuster präsentiert das Fraunhofer IAP auf der Internationalen Grünen Woche in Berlin vom 20.1. bis 29.1.2017 in Halle 4.2 am Stand 212.

Zum Schutz des Nachwuchses vor bodennahen Fressfeinden lagern Florfliegen ihre Eier auf der Unterseite von Blättern ab – auf der Spitze von stabilen seidenen...

Im Focus: Verkehrsstau im Nichts

Konstanzer Physiker verbuchen neue Erfolge bei der Vermessung des Quanten-Vakuums

An der Universität Konstanz ist ein weiterer bedeutender Schritt hin zu einem völlig neuen experimentellen Zugang zur Quantenphysik gelungen. Das Team um Prof....

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Hybride Eisschutzsysteme – Lösungen für eine sichere und nachhaltige Luftfahrt

23.01.2017 | Veranstaltungen

Mittelstand 4.0 – Mehrwerte durch Digitalisierung: Hintergründe, Beispiele, Lösungen

20.01.2017 | Veranstaltungen

Nachhaltige Wassernutzung in der Landwirtschaft Osteuropas und Zentralasiens

19.01.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Wie der Nordatlantik zum Wärmepirat wurde

23.01.2017 | Geowissenschaften

Immunabwehr ohne Kollateralschaden

23.01.2017 | Biowissenschaften Chemie

Erstmalig quantenoptischer Sensor im Weltraum getestet – mit einem Lasersystem aus Berlin

23.01.2017 | Physik Astronomie