Die wissenschaftlichen Grundlagen der Trocknungstechnik

516 Pages·1963·22.739 MB·German

by  Dr.-Ing. O. Krischer (auth.)

Die wissenschaftlichen Grundlagen
der Trocknungstechnik
Trockn un g s technik
Von 0. Kriseher und K. Kröll
======== Erster Band ========
Die
wissenschaftlichen Grundlagen
der Trocknungstechnik
Zweite erweiterte Auflage
Von
Dr.-lng. 0. Kriseher
o. Professor an der Technischen Hochschule Darmstadt
Mit 349 Abbildungen und 4 Tafeln
Springer-V erlag Berlin Heidelberg GmbH
1963
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ISBN 978-3-662-23899-8 ISBN 978-3-662-26011-1 (eBook)
DOI 10.10071978-3-662-26011-1
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Ursprünglich erschienen bei Springer-Verlag OHG. Berlin I Göttingen I Heide1berg 1963
Softcover reprint of the bardeover 2nd edition 1963
Library of Congress Card Number 62-16626
Die Wiedergabe von Gebranchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesem Buche
berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, daß solche Namen im Sinne
der Warenzeichen-und Markenschutz-Gesetzgebung als frei zu betrachten wären und daher von
jedermann benutzt werden dürften
Vorwort zum Gesamtwerk
Seit der letzten Auflage von M. Hmscns "Trocknungstechnik" im
Jahre 1932 haben sich sowohl die Erkenntnis der physikalischen Vor
gänge beim Trocknen als auch die schon immer große Fülle der Trockner
konstruktionen und Trocknungsverfahren so erweitert, daß die Über
arbeitung des vor 25 Jahren erschienenen Werkes nicht zweckmäßig
erschien, sondern eine vollkommen neue Gestaltung des Stoffes ratsam
war.
Entsprechend den verschiedenen Tätigkeitsbereichen der beiden Ver
fasser wurde der Stoff in zwei Teile aufgeteilt, deren erster die wissen
schaftlichen Grundlagen, deren zweiter die Trockner und Trocknungs
verfahren zum Gegenstand hat. Angesichts des Umfangs beider Teile
und gewisser zeitlicher Unterschiede in der Fertigstellung war es zweck
mäßig, eine Trennung in zwei Einzelbände vorzunehmen. In den Jahren
der Entstehlmg 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
Gegenstände in den beiden Bänden weitgehend vermieden ist.
0. Kriseher K. Kröll
Vorwort zur zweiten Auflage
Obwohl die Zeitspanne zwischen der Abfassung der ersten Auflage
dieses Buches und der Notwendigkeit einer Neuauflage relativ kurz ist,
sind doch in der Erforschung der wissenschaftlichen Grundlagen der
Trocknungstechnik, die gleicherweise für viele verwandte Disziplinen ge
braucht werden können, so erhebliche Fortschritte erzielt worden, daß
ein nur wenigkorrigierter Neudrucknichtzweckmäßig erschien. Wichtigste
Kapitel dieses Buches (vor allem diejenigen, in denen die Vorgänge der
Wärme- und Stoffbewegung im Trocknungsgut - liege es als Einzel
körper oder als Haufwerk vor- und die Berechnung der Vorgänge in
technischen Trocknern behandelt werden) konnten sehr wesentlich er
weitert werden.
Vieles, was bei diesen Fragen in der ersten Auflage nur als Ergebnis
einer vergleichenden Überlegung zu vorhandenen Untersuchungen ver
schiedener Forscher angedeutet oder vermutet werden konnte, hat sich
inzwischen als treffend erwiesen und konnte zu umfassender Beschreibung
der Gesetzmäßigkeiten herangezogen werden. Für die Abfassung der neuen
Auflage war es besonders erleichternd, daß die Grundkonzeptionen der
ersten Auflage an keiner Stelle geändert werden mußten, sondern daß sich
die mit den Erweiterungen verknüpften Änderungen ohne große Umstel
lungen in die entsprechendenKapital der ersten Auflage einarbeiten ließen.
Die wesentlichen Erweiterungen betreffen im einzelnen folgende Teile:
Hinzunahme zahlreicher weiterer Sorptionsisothermen von Trocknungs
gütern,
Wärme- und Dampfübergang an Körpern verschiedener Form und An
ordnung,
Stoffbewegung der verschiedensten Art (Molekularbewegung, Diffusion
und Strömung) durch Haufwerke und porige Körper, Kapillarwasserbe
wegung in Trocknungsgütern,
Sublimationstrocknung,
Vervollständigung der Vorausberechnung der Vorgänge in technischen
Trocknern,
automatische Aufzeichnung von Trocknungsverlaufskurven.
Wieder habe ich bei der Neubearbeitung in erster Linie meinen
jetzigen oder früheren Mitarbeitern zu danken, die durch ihre wissen
schaftlichen Untersuchungen viel zum Fortschritt des Fachgebietes bei
getragen und mich bei der Redaktionsarbeit unterstützt haben: Dr.
Ing. H. SOHAUSS, Dr.-lng. K. MAKLER, Dr.-lng. W. KAsT, Dr.-Ing. L.
JAESOHKE, Dr.-Ing. H. G. KESSLER, Dipl.-Ing. E. U. SoHL'Ö'NDEB und
Dipl.-lng. W. DAUS.
Vorwort VII
Herrn Prof. Dr.-Ing. RYozoToEI, UniversitätKyoto, binich zu größtem
Dank verpflichtet, weil er mir Einblick in seine jüngsten Untersuchungen
über den Temperatur- und Feuchtigkeitsverlauf im Gut beim Trocknen
gegeben und mir sehr aufschlußreiche Bilder überlassen hat.
Für kritische Hinweise und gute Ratschläge danke ich Herrn Prof.
Dr. GR.ASSMANN, Zürich, Herrn Prof. Dr. HUBER, Linz, sowie Herrn Reg.
Direktor Dr.-Ing. KoLLMAR, Berlin.
In besonderem Maße gilt mein Dank dem Verlag Springer, der allen
meinen Wünschen bereitwillig entgegengekommen ist und für die Aus
stattung des Buches in vorbildlicher Weise Sorge getragen hat.
Darmstadt, im Sommer 1962
0. Kriseher
nena:u5evpivov ylie eiJTtV enl TOIJOVTOV -r' U1ne(! tßer;
emCTJTeiV 1elf{}' [1erJ:IJTOV yivo; eq;' OIJOV TOV
1t(!rX')'ßri:TO; ffJVIJtl; B1tt~BJ( ETrJ:t.
Der geschulte Mann erstrebt in jedem Fach
gebiet keine größere Genauigkeit, als das Wesen
des Gegenstandes (vernünftigerweise) zuläßt.
ARISTOTELES, Nikomachische Ethik 1094 b 24.
Vorwort zur ersten Auflage
Das vorliegende Buch wendet sich an diejenigen Ingenieure, Physiker
und Chemiker, die mit der Handhabung, Überwachung, Entwicklung,
Planung und dem Entwurf von Trocknungsvorrichtungen zu tun haben.
Zur Beurteilung möglicher Wärmeausnutzung, sinnvoller Anwendung
der verschiedenen Trocknungsverfahren und Apparate, zur richtigen
Dimensionierung von Trocknern für verschiedenartige Güter bedarf es
eines Einblicks in die physikalischen Vorgänge beim Trocknen.
Im physikalischen Sinne stellt thermisches Trocknen - wie jedes
thermische Trennen-ein Problem der Kupplung von Wärme- und Stoff
austausch dar. Trocknen ist insofern das komplizierteste Problem des
thermif:lchen Trennens, als die Eigenschaften des Trocknungsgutes (nicht
nur der verdampfenden Flüssigkeit) in Hinsicht auf die Wärme- und
Stoffbewegung im Innern des Gutes von entscheidendem Einfluß sind.
Als besondere Eigenart des Fachgebiets kommt hinzu, daß die Formen
der Trocknungsgüter außerordentliche Verschiedenheiten aufweisen, 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 vor
wiegend für gewisse Standardformen (Rohre, ebene Platten, Kugeln,
Füllkörper definierter Form usw.) von Interesse ist.
Bei den wissenschaftlichen Grundlagen der Trocknungstechnik muß
man zweierlei Arten von Grundlagen unterscheiden: erstens die allge
meinen 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 Trocknungsvorgänge,
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 Lehr
bücher die allgemeinen Grundlagen in einer auf Trocknungsprobleme
unmittelbar anwendbaren Form behandelt sind. Aus dem Gesamtgebiet
findet man in den für Ingenieure geschriebenen Lehrbüchern durchweg
die Vorgänge des Wärmeaustauschs und der Strömung in ihrer Anwen
dung auf die Standardkörper des Maschinenbaus, in den Lehrbüchern
Vorwort IX
der physikalischen Chemie die Grundlagen der Sorption und der Diffu
sion 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.
Aus diesem Grund schien es notwendig, einen kurzen Abriß der
allgemeinen Gesetzmäßigkeiten voranzustellen (Kap. I bis III), aus dem
der Leser - gleich welcher Disziplin - sich in einer der Eigenart des
speziellen Fachgebietsangepaßten Darstellung über die Grundvorgänge
in der Weise unterrichten kann, wie es zum Verständnis aller in der
Trocknungstechnik möglichen Variationen zweckmäßig erscheint.
Angesichts der großen Zahl von Einflußgrößen, die in die Trocknungs
technik 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 Einzelgrößen in den Vordergrund der Betrachtung
zu stellen, damit ihr Einfluß auf den Trocknungsvorgang möglichst in
der ganzen Variationsbreite der Einzelerscheinung anschaulich wird Eine
solche Anleitung zu grob quantitativer Abschätzung ist nicht möglich
ohne eine gewisse Systematik der Darstellung, die von den einfachsten
physikalisch theoretischen Gesetzmäßigkeiten ausgehend eine Einord
nung der jeweiligen Einzelerscheinungen in einen größeren Zusammen
hang gestattet. Darum allein habe ich mich in den ersten Kapiteln
bemüht. Im wesentlichen betraf diese Bemühung eine zusammenfassende
und damit vereinfachende Darstellung der Gesetzmäßigkeiten der
Rauchgastrocknung, des Wärme- und Stoffübergangs an Körpern ver
schiedener Form und Anordnung sowie des Strömungs- und Diffusions
widerstands in Schüttungen und Festkörpern.
Zu den folgenden Kapiteln (IV bis X), in denen die aus der Kupp
lung von Wärme- und Stoffaustausch resultierenden speziellen Gesetz
mäßigkeiten der Trocknung unter den verschiedenartigsten äußeren
Bedingungen für Güter verschiedener Eigenschaften und Formen behan
delt werden, erübrigt sich eine Vorrede insofern, als die Notwendigkeit
der zusammenfassenden Darstellung dieser Gesetzmäßigkeiten keiner
Begründung bedarf. Ich hoffe, daß mit der hier angewandten Betrach
tung alles bisher beobachteten Erscheinungen bei der Trocknung deutbar
sind, so daß man alle wesentlichen Einflüsse nunmehr von vornherein
abschätzen kann.
Zur Erläuterung der Form der Darstellung mögen folgende Be
merkungen dienen: In der ganzen vorliegenden Arbeit habe ich mich
bemüht, dem Leser das Eindringen in die komplexe Materie dadurch zu
erleichtern, daß vor jedem wichtigen Abschnitt, der mathematische
Herleitungen enthält, ein Einblick in das jeweilige Problem ohne Ver
wendung mathematischer Formeln gegeben wird und am Ende eine kurze
Zusammenfassung der wichtigsten Ergebnisse des Abschnitts angefügt
ist. Um dem Leser jeweils Hinweise für die Anwendung der dargestellten
Gesetzmäßigkeiten zu geben, sind möglichst oft kleine Anwendungsbei
spiele eingestreut. Zur Erleichterung der Lektüre sind diejenigen Ab
schnitte, die nur in selteneren Fällen gebraucht werden oder ein tieferes
X Vorwort
Eindringen in mathematische Zusammenhänge erfordern, ohne daß eine
unmittelbare .Anwendung auf technische Berechnungen beabsichtigt ist,
in Kleindruck wiedergegeben. Um dem Leser die Benutzung des Buches
zu erleichtern, habe ich alle wesentlichen Größen, die er für Berechnungen
braucht ( Stoffwerte usw.) in Zahlentafeln oder Bildern zusammengestellt.
Meine Danksagungen gelten meinen jetzigen und früheren Mitarbei
tern, Dr.-Ing. H. ScHAUBS, Dr.-Ing. H. EsnoRN, Dr.-Ing. H. BECK, Dr.
Ing. W. WIBBMANN, Dipl.-Ing. G. Loos, Dipl.-Ing. K. MAHLERund Dipl.
Ing. W. KA.sT, die mir nicht nur beim Entwerfen der Bilder, beim Kor
rekturlesen und bei klärenden Zwischenstudien geholfen haben, sondern
auch durch ihre eigene wissenschaftliche Arbeit wesentlich zur Klärung
mancher Fragen, die in diesem Buch behandelt werden, beigetragen
haben.
Darmstadt, im April1956
0. Kriseher