Table Of ContentTrocknungstechnik
Erster Band
0. Kriseher
Die wissenschaftlichen
Grundlagen der
Trocknungstechnik
Korrigierter und ergänzter Nachdruck
der dritten, neubearbeiteten Auflage von
W. Kast
Springer-Ve rlag
Berlin Heidelberg New York
London Paris Tokyo
Hong Kong Barcelona
Budapest
Dr.-Ing. Dr.-Ing. e. h. Otto Kriseher (t 26. 5. 1976)
em. o. Professor für Heizungs- und Trocknungstechnik
an der Technischen Hochschule Darmstadt
Dr.-Ing. Werner Kast
o. Professor für Thermische Verfahrenstechnik und Heizungstechnik
an der Technischen Hochschule Darmstadt
Mit 367 Abbildun
'
ISBN 3-540-08280-8 Springer-Verlag Berlin Heidelberg New York
CIP-Kurztitelaufnahme der Deutschen Bibliothek
Trocknungstechnik. - Berlin ; Heidelberg ; New York ; London ; Paris. ; Tokyo ; Hong Kong ; Barcelona ; Budapest :
Springer. Bd. I. Krischer, Otto: Die wissenschaftlichen Grundlagen der Trocknungstechnik. - Korrigierter und erg.
Nachdr. der 3., neubearb. Aufl. I von W. Kast. - 1992. Krischer, Otto: Die wissenschaftlichen Grundlagen der
Trocknungstechnik I 0. Krischer. - Korrigierter und erg. Nachdr. der 3., neubearb. Aufl. I von W. Kast. - Berlin ;
Heidelberg; New York; London; Paris; Tokyo; Hong Kong; Barcelona; Budapest: Springer, 1992
(Trocknungstechnik ; Bd. I)
ISBN 3-540-08280-8 Gb.
ISBN 0-387-08280-8 Gb.
NE: Kast, Wemer [Bearb.]
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© Springer-Verlag Berlin Heidelberg 1992
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62/3020/5 4 3 2 I 0 - Gedruckt auf säurefreiem Papier
Vorwort zur ersten Auflage des Gesamtwerkes
Seit der letzten Auflage von M. Hirschs "Trocknungstechnik" im Jahre 1932
haben sich sowohl die Erkenntnis der physikalischen Vorgänge beim Trocknen
als auch die schon immer große Fülle der Trocknerkonstruktionen und Trock
nungsverfahren so erweitert, daß die Überarbeitung des vor 25 Jahren erschienenen
Werkes nicht zweckmäßig erschien, sondern eine vollkommen neue Gestaltung
des Stoffes ratsam war.
Entsprechend den verschiedenen Tätigkeitsbereichen der beiden Verfasser
wurde der Stoff in zwei Teile aufgeteilt, deren erster die wissenschaftliche Grund
lagen, deren zweiter die Trockner und Trocknungsverfahren zum Gegenstand hat.
Angesichts des Umfangs beider Teile und gewisser zeitlicher Unterschiede in der
Fertigstellung war es zweckmäßig, eine Trennung in zwei Einzelbände vorzu
nehmen. In den Jahren der Entstehung des Gesamtwerks haben sich die Verfasser
in dauernder Zusammenarbeit bemüht, zu einer einheitlichen Sicht der zahlreichen
Probleme des Fachgebietes zu kommen, so daß die Darstellung gleicher Gegen
stände in den beiden Bänden weitgehend vermieden ist.
0. Kriseher K. Kröll
Vorwort zur neuen Auflage des Gesamtwerkes
Bei der Neubearbeitung wurde der Gesamtstoff wie bisher in einen ersten Teil
über "Die wissenschaftlichen Grundlagen der Trocknungstechnik" (Band I) und
in einen zweiten, die Verfahren, Maschinen und Anlagen der Trocknungstechnik
behandelnden Teil getrennt. Infolge des gewachsenen Umfangs des zweiten Teiles
erscheint dieser jedoch in zwei Bänden, wovon der eine den Titel "Trockner und
Trocknungsverfahren" (Band II) und der andere den Titel "Trocknen und Trock
ner in der Produktion" hat (Band III).
W. Kast K. Kröll
Vorwort zum korrigierten Nachdruck der dritten Auflage
In dem vorliegenden Nachdruck der 3. Auflage des 1. Bandes der Trocknungs
technik wurden Druckfehler korrigiert. Da seit 1978 wöchtige Fortschritte auf
einigen Gebieten der Trocknungstechnik erzielt wurden, eine dadurch erforder
liche Überarbeitung des gesamten I. Bandes aber doch eine längere Zeit erfordert,
wurde zunächst nur das Literaturverzeichnis erweitert. Hier wurden die Schwer
punkte der Forschung - Kontakttrocknung, Dampftrocknung, Selektives Trock
nen und Modelle zur Beschreibung und Simulation des Trocknungsablaufs - in
einem Anhang erfaßt. Durch diese Ergänzung hat der Leser in Verbindung mit
Band 2 und 3 der Trocknungstechnik die Möglichkeit, sich über den gegenwärti
gen Stand der Trocknungstechnik in allen Bereichen - Grundlagen und Anwen
dungen - zu informieren.
Darmstadt, im Januar 1992 W. Kast
Vorwort zur dritten Auflage
Nach dem Tode·von Professor Dr.-Ing. Dr.-Ing. e.h. 0. Kriseher habe ich, als sein
Schüler und nachfolgender Leiter des Lehrstuhls für Heizungs- und Trocknungs
technik (1968 umbenannt in Thermische Verfahrenstechnik und Heizungstechnik),
die Überarbeitung seines Werkes für eine 3. Auflage übernommen. Der bewährte
Aufbau des Buches, der in der Art eines Lehrbuches von den Grundvorgängen der
Strömung, des Energie- und Stofftransportes im aufnehmenden Medium und des
Feuchtetransports im Trockengut zum Beschreiben und mathematischen Erfassen
des Trocknungsvorganges in Gütern der unterschiedlichsten Art und Form fort
schreitet, wurde beibehalten. Es blieb auch die Beschränkung auf die wissenschaft
lichen Grundlagen, wobei aber die Behandlung der zahlreichen Trocknungsver
fahren, z. B. der Zerstäubungs-, Gefrier-oder Wirbelschichttrocknung, soweit auch
in Hinblick auf die technischen Bedingungen erfolgte, daß eine direkte Überleitung
zu den im 2. und 3. Band behandelten Trocknern und Trocknungsverfahren
besteht.
Alle Kapitel wurden dem fortgeschrittenen Wissen angepaßt. Stärkere Ände-
rungen waren notwendig für die Abschnitte
die konvektive Wärme- und Stoffübertragung,
die Oberflächen- und Kühlgrenztemperatur,
die Bindungsenergie,
die Kapillarwasserbewegung,
das Verhältnis cx.fß,
die mathematische Behandlungdes Wärme-und Stoffaustausches beim Trocknen,
das Trocknen unter technischen Bedingungen.
Wenn auch die Trocknung von wasserfeuchten Produkten nach wie vor das
größte Interesse beansprucht, so wurden doch die Ansätze so verallgemeinert, daß
sie auch für die Entfernung anderer Lösungsmittel als Wasser gelten.
Auch heute sind wir noch nicht in der Lage, die sehr komplexen Wechselwir
kungen zwischen dem zu trocknenden Gut und dem Feuchtetransport in ihm
quantitativ allgemeingültig zu beschreiben. Die Umrechnung des gemessenen
Trocknungsverlaufes auf andere Trocknungsbedingungen ist daher eine wichtige
Aufgabe, welche behandelt wird. Doch setzt uns die Komplexität des Vorganges
sogar hierbei heute noch enge Grenzen.
Bei der mathematischen Behandlung führt die elektronische Datenverarbei
tung zu einer wesentlichen Vereinfachung der numerischen Rechnungen, die einen
Verzicht auf die früher üblichen Reihenentwicklung zur Lösung von Differential
gleichungen erlaubte.
Danken möchte ich Herrn Dr.-Ing. E. Sommer, Farbwerke Höchst AG, der
die Bearbeitung des Abschnittes über die Kapillarwasserbewegung übernommen
und, ausgehend von eigenen Untersuchungen, neu geschrieben hat.
VJII Vorwort zur dritten Auflage
Wegfallen mußte leider das Kapitel zur meßtechnischen Bestimmung des
Feuchtigkeitsgehaltes. Infolge der Entwicklung der Meß- und Regeltechnik hätte
dieses Kapitel den Umfang des Buches gesprengt. Auch kann hier auf neue Fach
literatur zu diesen Fragen verwiesen werden.
Alle Bilder und Tabellen wurden auf neue SI-Einheiten umgestellt, sowie eine
weitgehend den DIN-Empfehlungen augepaßte Nomenklatur verwendet, ohne
aber völlig auf die in der Trocknungstechnik üblichen Bezeichnungen zu verzichten.
Danken möchte ich den früheren Mitarbeitern von Professor Krischer, die mir
manche Anregung gaben und meinen• jetzigen Mitarbeitern, welche mir bei der
Überarbeitung halfen.
Dartnstadt, Frühjahr 1978 W. Kast
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imC1J-cciv -xci{}' l-xaa-cov yivo, üp' 8aov fJ -cov
neaypa-co, rpvat, imöixe-cat.
Der geschulte Mann erstrebt in jedem Fach
gebiet keine größere Genauigkeit, als das Wesen
des Gegenstandes (vernünftigerweise) zuläßt.
ARISTOTELES, Nikomachische Ethik 1094 b 24.
Aus dem Vorwort zur ersten Auflage
Das vorliegende Buch wendet sich an diejenigen Ingenieure, Physiker und Chemi
ker, die mit der Handhabung, Überwachung, Entwicklung, Planung und dem Ent
wurf von Trocknungsvorrichtungen zu tun haben. Zur Beurteilung möglicher
Wärmeausnutzung, sinnvoller Anwendung der verschiedenen Trocknungsverfah
ren und Apparate, zur richtigen Dimensionierung von Trocknern für verschieden
artige Güter bedarf es eines Einblicks in die physikalischen Vorgänge beim Trock
nen.
Im physikalischen Sinne stellt thermisches Trocknen - wie jedes thermische
Trennen - ein Problem der Kupplung von Wärme- und Stoffaustausch dar.
Trocknen ist insofern das komplizierteste Problem des thermischen Trennens,
als die Eigenschaften des Trocknungsgutes (nicht nur der verdampfenden Flüssig
keit) in Hinsicht auf die Wärme- und Stoffbewegung im Innern des Gutes von
entscheidendem Einfluß sind. Als besondere Eigenart des Fachgebiets kommt hin
zu, daß die Formen der Trocknungsgüter außerordentliche Verschiedenheiten auf
weisen, die den Austausch mit dem Trockenmittel wesentlich beeinflussen - im
Gegensatz zu den meisten Aufgaben des Maschinen-und Apparatebaus, bei denen
der Austausch eines Mediums mit der Körperoberfläche vorwiegend für gewisse
Standardformen (Rohre, ebene Platten, Kugeln, Füllkörper definierter FQrm usw.)
von Interesse ist.
Vorwort zur ersten Auflage lX
Bei den wissenschaftlichen Grundlagen der Trocknungstechnik muß manzweier
lei Arten von Grundlagen unterscheiden: erstens die allgemeinen physikalischen
Gesetzmäßigkeiten bei Zustandsänderungen in Feststoffen, Flüssigkeiten und
Gasen, der Bewegung von Flüssigkeiten, Gasen und Dämpfen bei Diffusion und
Strömung sowie der Bewegung der Wärme bei Wärmeleitung, Wärmestrahlung
und Wärmeübergang, zweitens die speziellen Gesetzmäßigkeiten der Trocknungs
vorgänge, die sich aus dem Zusammenwirken der verschiedenen Grundvorgänge
ergeben.
Letztere allein sollten ursprünglich Gegenstand dieses Bandes sein. Aber beim
Schreiben zeigte sich, daß in keinem der vorliegenden Lehrbücher die allgemeinen
Grundlagen in einer auf Trocknungsprobleme unmittelbar anwendbaren Form
behandelt sind. Aus dem Gesamtgebiet findet man in den für Ingenieure geschrie
benen Lehrbüchern durchweg die Vorgänge des Wärmeaustauschs und der Strö
mung in ihrer Anwendung auf die Standardkörper des Maschinenbaus, in den
Lehrbüchern der physikalischen Chemie die Grundlagen der Sorption und der
Diffusion bei Gasen und Flüssigkeiten. Die Blickpunkte in der Darstellung sind
bei den Disziplinen verschieden und treffen in keiner von beiden denjenigen, der für
trocknungstechnische Fragen der zweckmäßigste ist.
Angesichts der großen Zahl von Einflußgrößen, die in die Trocknungstechnik
hineinspielen, und ihrer großen Veränderlichkeit kann es sich auf keinen Fall
darum handeln, jede einzelne Einflußgröße mit möglichst großer Genauigkeit zu
beschreiben, vielmehr nur darum, die qualitativen Abhängigkeiten der Einzelgrö
ßen in den Vordergrund der Betrachtung zu stellen, damit ihr Einfluß auf den
T rocknungsvorgang möglichst in der ganzen Variationsbreite der Einzelerscheinung
anschaulich wird.
Im wesentlichen betraf diese Bemühung eine zusammenfassende und damit
vereinfachende Darstellung der Gesetzmäßigkeiten der Rauchgastrocknung, des
Wärme- und Stoffübergangs an Körpern verschiedener Form und Anordnung so
wie des Strömungs- und Diffusionswiderstands in Schiittungen und Festkörpern.
Ich hoffe, daß mit der hier augewandten Betrachtung alle bisher beobachteten
Erscheinungen bei der Trocknung deutbar sind, so daß man alle wesentlichen
Einflüsse nunmehr von vornherein abschätzen kann.
Darmstadt, im April 1956 0. Kriseher
Inhaltsverzeichnis
Formelzeichen und Indizes ..................................................... XVII
0. Einleitung •...............................................................
0.1. Begriffe und Fragestellungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
0.2. Zur Thermodynamik der Trocknung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1. Stoff-und Energieumsatz beim Trocknen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1.1. Die Bedeutung von Stoff- und Energiebilanzen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1.2. Stoffbilanzen ............................................ , . . . . . . . . . . . 5
1.3. Energiebilanzen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
2. Die Darstellung der Zustände des Trockenmittels im h-x-Diagramm.............. 14
2.1. Dash-x-Diagramm für Dampf-Gas-Gemische . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
2.1.1. Entwicklung des h- x-Diagramms für Wasserdampf-Luft-Gemische . 14
2.1.2. Dash-x-Diagramm bei verschiedenem Gesamtdruck P . . . . . . . . . . . . 16
2.1.3. Zur Aufstellung von h- x-Diagrammen für sonstige Gas-Dampf-
Gemische . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
2.1.4. Anleitung zur Überschlagsrechnung der wichtigsten Daten für Lösungs-
mittel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
2.1.5. Anwendung des h- x-Diagramms bei der Aufstellung von Energie-
bilanzen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
2.1.6. Beispiel zur Aufstellung und Ausdeutung von Energiebilanzen für
Trockner .................................· . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
2.1.7. Anwendung des h-x-Diagramms zur Darstellung von Zustands-
änderungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
2.1.7.1. Mischung von Luftmengen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
2.1.7.2. Einspritzen von Wasser oder Dampf in feuchte Luft und der
Randmaßstab im h-x-Diagramm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
2.1.7.3. Zustandsänderungen gleicher Kühlgrenze (reine Lufttrock-
nung) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
2.1.7.4. Deutung der Vorgänge bei der Lufttrocknung . . . . . . . . . . . . . 31
2.1.7.5. Die Bestimmung des Wasser-Dampfgehaltes der Luft aus der
psychometrischen Messung und dem h- x-Diagramm bzw. der
Sprungsehen Formel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
2.2. Die Trocknung mit Rauchgasen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
2.2.1. Näherungsweise Gleichheit der h- x-Diagramme für Rauchgase und
Luft . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
2.2.2. Stoff- und Energiebilanz bei der Verbrennung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
2.2.2.1. · Stoffbilanz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
2.2.2.2. Energiebilanz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
2.2.3. Zunahme der Enthalpie LJizv und des Wasserdampfgehaltes LJxy bei der
Verbrennung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
