Trocknung Flashcards
Worin besteht der Unterschied zwischen den Parametern Wassergehalt und Feuchte? Welche der beiden ist die typische Rechengröße für den Ingenieur?
Wassergehalt: ingenieurmäßig, Wertebereich: 0 ≤ WG ≥ 100
Feuchte: in Forstwirtschaft üblich, Wertebereich: 0 ≤ u
UMWANDLUNG: WG = u / (1+u)
Für welche Nutzungsart(en) von Biomasse hat ein Wassergehalt > 40% negative Konsequenzen und für welche nicht?
Mit für integrierte Brennstofftrocknung ausgelegten Öfen und einer Rauchgaskondensation lassen sich Brennstoffe mit einem Wassergehalt bis etwa 50 % mit vertretbarem Wirkungsgrad nutzen. In allen anderen Fällen ist die Verwendung trockener Brennstoffe mit einem Wassergehalt 10 bis maximal 25 % sowohl aus energetischer als auch aus Sicht des Immissionsschutzes alternativlos.
Brennstoffe -> negative Konsequenzen.
Für Vergärrung kein Problem
Für Kompostierung kann es Probleme geben.
Warum muss bei Mengenangaben zu Biomassen die Bezugsgröße Gesamtmasse bzw. Feststoffmasse angegeben werden?
Um Wassergehalt zu bestimmen.
Aus welcher Tatsache heraus ergibt sich der lineare Zusammenhang zwischen Wassergehalt und Heizwert?
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Beschreiben Sie den theoretischen Trocknungsverlauf bei der Trocknung poröser nasser Güter wie Holz!
Trocknungsverlaufskurve!
- Trocknungsabschnitt: Die Gutoberflächen sind flüssigkeitsgesättigt. Von den Oberflächen geht Flüssigkeit in den Gasraum (Trocknungsluft bei konvektiver Trocknung) bis zur Sättigung über und kann abtransportiert werden. Bei konstanten Bedingungen (Zustand Trocknungsluft und Luftmassenstrom konstant) resultiert daraus eine lineare Abnahme des Wassergehaltes. Die Gut- temperatur bleibt konstant auf Kühlgrenztemperatur. Die zugeführte Energie führt ausschließlich zur Flüssigkeitsverdun- stung(1/-verdampfung(2. Geschwindigkeitsbestimmend ist der Flüssigkeitsübergang in die Trocknungsluft.
- Trocknungsabschnitt:
Die Gutoberflächen sind nicht mehr flüssigkeitsgesättigt und werden durch die Verdunstung/Verdampfung nicht mehr auf Kühlgrenztemperatur gehalten. Damit erwärmt sich zum einen das Gut und es kann nur noch Flüssigkeit von der Trocknungsluft aufgenommen werden, die aus dem Gutinneren an die Oberfläche transportiert wird. Diesem Flüssig- keitstransport setzt das Gut entsprechend seiner spezifischen inneren Struktur einen Widerstand entgegen.
Bei Biomassen ist die innere Struktur des Gutes besonders kompliziert. I.d.R. liegt ein Teil der inneren Flüssigkeit „offen“ in Kapillaren und ein anderer Teil „abgeschlossen“ in Zellen oder anderen Hohlräumen vor, die erst durch den Dampfdruck zerstört werden müssen. Bei Holz sind ist die Möglichkeit, Flüssigkeit zu transportieren radial (gering) und axial (höher) signifikant unterschiedlich.
Die Folge dieser Prozesse ist eine stetig sinkende Trocknungsgeschwindigkeit. Kennzeichnend für den Beginn des 2. Trocknungsabschnitt ist das Ende des linearen Verlaufes (häufig als Knickpunkt) bezeichnet. Die Ausprägung dieses Übergangs ist sehr unterschiedlich. Sie hängt sowohl von der Gutart ab, als auch von den Bedingungen, unter den die Trocknung stattfindet. Je „schärfer“ getrocknet wird (Höhe der Trocknungstemperatur), desto deutlicher wird i.d.R. der Übergang erkennbar. Der Flüssigkeitsaustrag wird zunehmend von den Transportprozessen im Gut bestimmt.
Von den freien Oberflächen beginnt das Gut abzutrocknen und sich dabei zunehmend zu erwärmen. Manchmal wird von einem Trockenspiegel gesprochen, der sich mit entsprechender Geschwindigkeit ins Innere des Gutes ausdehnt. - Trocknungsabschnitt: Die gesamte vorhandene Flüssigkeit liegt dampfförmig vor. Die weitere Trocknung wird durch das sorptive Gleich- gewicht zwischen Gut und Trocknungsluft bestimmt, wodurch die Geschwindigkeit weiter abnimmt. Theoretischer Endzustand ist das Gleichgewicht zwischen Trocknungsluft und Gut. Nur mit absolut trockener Luft lässt sich ein absolut trockenes Gut erreichen. Das ist nur eine theoretische Annahme, die der Erläuterung der Prozesse dient. Umgekehrt bedeutet dies, dass auch bei sehr hoher Trocknungstemperatur unter realen Bedingungen kein absolut flüssigkeitsfreies Produkt entstehen würde.
Was kann bei der Trocknung von Holzhackgut gegenüber der Massivholztrock- nung für die stoffliche Nutzung unberücksichtigt bleiben? Welche Vorteile können sich daraus ergeben?
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Welcher Trocknungsabschnitt hat bei der konvektiven Trocknung von Holzhackgut eine weniger entscheidende Bedeutung gegenüber der Trocknung eines massiven Holzbretts
2.
Nennen Sie die Kriterien, die bei der Auswahl eines geeigneten Trocknungsverfahrens für Biomassen zu berücksichtigen sind!
- Natur der Biomasse (pastös, spröde)
- Zweck der Aufbereitung (Brennstoff oder Kompostierung?)
- Wassergehalt
In welcher Beziehung sind klassische technische Trocknungsverfahren einer Trocknung ohne externe Energie überlegen? Unter welchen Bedingungen sind Trocknungsverfahren mit interner Energie die bessere oder sogar einzige Lösung?
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Beschreiben Sie die in einem größeren Haufwerk aus erntefrischer Biomasse spontan und unvermeidbar ablaufenden Prozesse!
- spontane Selbsterwärmung durch Restatmung, dann biologischer Abbau von Holzbestandteilen
- Anaerober Abbau möglich
- durch freie Konvektion wird aus wasserdampf- gesättigter Luft Wasser wieder kondensiert
= Feuchte bleibt im Haufwerk - ungleichmäßige Feuchteverteilung
Herausbildung einer feuchte “Hülle”
Nennen Sie geeignete klassische Trocknungsapparate für die Trocknung schütt- und rieselfähiger Biomassen. Welche Art der Trocknung dominiert dabei?
Prinzip 3-etagiger Bandtrockner
Das Prinzip basiert auf einem luftdurchlässigen Band, auf dem das Trockengut gleichmäßig in vorgegebener Schicht-dicke aufgebracht wird. Die Trockenluft wird durch das Gut geleitet.
Ist es sinnvoll, in einem Drehrohrtrockner, Scheitholz zu trocknen? Begründen Sie Ihre Entscheidung!
Zu gross um genutzt zu werden! Kein Gegenstrom/Hubschaufeln möglich!
Nennen Sie Vor- und Nachteile von Trocknern, die Solarenergie nutzen! Hätten Sie eine Idee, wie man auf einfache Art die Solarenergie zum Trocknen von ca. 100m3, also einer her kleineren Menge, Holzhackschnitzeln im Sommer nutzen kann?
Der einzige Vorteil statischer Trockenapparate für feste Biomassen liegt in der Einfachheit und damit auf der Kostenseite. Es ist möglich, diese in Eigenleistung zu errichten. Prozesstechnisch sind statische Trockner aber sehr anspruchsvoll. Die betrifft vor allem die Erzielung und Aufrechterhaltung der gleichmäßigen Durchströmung des Haufwerks aus dem zu trocknenden Gut. Die Strömungsphänomene in einer apparativ eingefassten Schüttung (Festbett) und deren Einfluss auf den Trocknungsprozess wurden in 4.7.2 beschrieben.
Dafür verwendetes Material sollte ein geringes Wärmeleitvermögen besitzen, um Kondensation im Wandbereich zu begrenzen. Dafür eignen sich Holzwerkstoffe (Span- und OSB-Platten), die zudem ökonomisch günstig sind.
Nennen und Beschreiben Sie das strömungstechnische Phänomen, das in statischen konvektiven Schüttguttrocknern (Satztrockner) als Störeffekt auftritt. Erläutern Sie technisch – konstruktive Möglichkeiten, den Einfluss diesem Phänomen zu begegnen!
Abbildung 120 dient der Erläuterung des Einflusses der Haufwerkskontur auf die Durchströmung. Unter der Annahme ei-nes homogenen (idealen) Haufwerkes ergeben sich die qualitativen Verläufe für den Druckverlust (schwarz) der Schüt-tung und als reziproke Kurve (rot) die daraus resultierende Durchströmgeschwindigkeit. Die komplette Durchströmung eines solchen Haufwerkes würde dazu führen, dass die Trocknungsluft weitgehend nur den Böschungsbereich der Schüt-tung passieren würde. Hierbei ist noch nicht der zeitliche Effekt berücksichtigt. Die vorzugsweise Durchströmung der Bö-schung (Schüttkegel) würde zum vorzeitigen Trocknen führen. Dies wiederum führt zum Schrumpfen der Hackschnitzel mit der Folge einer weiteren Zunahme der Durchströmbarkeit durch Abnahme des materialspezifischen Druckverlust-beiwertes in diesem Bereich.
Die beschriebenen strömungstechnischen Vorgänge sind zwar sehr elementar, werden aber bei praktischen Lösungen häufig nicht adäquat berücksichtigt, wie das erwähnte Beispiel zeigt. Voraussetzung für fachlich gute Lösungen ist die Fähigkeit, ein zu lösendes Problem zunächst korrekt analysieren zu können. Nur so können optimal funktionierende Prozesse gestaltet werden.
Welche beiden Energiequellen stehen für eine Trocknung mit interner Energie von erntefrischem Holzhackgut zur Verfügung?
Selbsterwärmung, Abwärme aus anderen Prozessen, Biogasabwärmenutzung, solar
