Abwasserbehandlung Kontakttrockner meistert anorganische und organische Abwässer

Autor / Redakteur: Dr.-Ing. Mathias Trojosky / M.A. Manja Wühr

Sowohl in der Chemie- als auch in der Lebensmittelproduktion fallen Abwässer mit teils erheblichen Feststoffanteilen an. Mit einer effizienten Trocknung lassen sich hohe Entsorgungskosten vermeiden. Doch was tun, wenn der Platz nicht reicht? Eine effiziente und platzsparende Alternative bietet die Kontakttrocknung.

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Der Allgaier CD Dryer ist ein indirekt beheizter Kontaktscheibentrockner zur Behandlung feststoffhaltiger Flüssigkeiten, Suspensionen und Lösungen.
Der Allgaier CD Dryer ist ein indirekt beheizter Kontaktscheibentrockner zur Behandlung feststoffhaltiger Flüssigkeiten, Suspensionen und Lösungen.
(Bild: Allgaier)

Wie lassen sich feststoffhaltige Flüssigkeiten effizient trocknen? Die Antwort von Allgaier Process Technology lautet: mit dem CD Dryer. So eignen sich u.a. Abwässer mit gelösten oder suspendierten Bestandteilen für die Kontakttrocknung auf den doppelwandigen, von innen mittels Sattdampf beheizten Scheiben des CD Dryers. Dabei zeigen umfangreiche Versuche zur Trocknung verschiedener anorganischer und organischer Abwässer, dass diese Technik eine sinnvolle Alternative zu anderen Trocknungsverfahren ist – insbesondere wenn anfallende Flüssigkeiten vor der Trocknung einer Aufkonzentrierung z.B. durch Eindampfung, Umkehrosmose oder Ultrafiltration unterzogen werden.

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Der CD Dryer zählt zur Kategorie der indirekt beheizten Kontakttrockner. Der Trocknungsprozess läuft dabei wie folgt ab: Die Flüssigkeit wird über eine Pumpe und sogenannte Feed Pipes direkt auf doppelwandige, senkrecht als Paket angeordnete und rotierende Scheiben aufgetragen. Die Scheiben werden mittels Sattdampf von innen erhitzt. Die direkte Wärmeübertragung auf das flüssige Produkt sorgt für eine sehr schnelle Verdampfung des Wassers und damit auch für eine ausgezeichnete Effizienz, da Wärmeverluste minimiert werden. Nach einer Scheibendrehung lösen an den Scheiben anliegende Schaber die getrockneten Feststoffe ab und leiten das erhaltene Trockengut über einen Produktaustrag zum nächsten Prozessschritt – je nach Ausgangsprodukt in Form von Granulat, Folien oder Flakes. Feststoffanteile von konzentrierten Salzlösungen können beispielsweise auch als feinkörniges Pulver erhalten werden. Mithilfe von nachgeschalteten Förderaggregaten kann das Produkt weiter transportiert bzw. durch den Einsatz eines Silos oder eines anderen Behälters direkt aufgefangen werden. Das Funktionsprinzip des CD Dryers unterscheidet sich grundsätzlich von herkömmlichen Scheibentrocknern, bei denen die Scheiben in das Feuchtgut eingetaucht werden. Sie dienen meist lediglich zur Reduzierung des Wassergehalts von flüssigen, pastösen oder unförmigen Produkten, um beispielsweise Transportkosten zu sparen. Der CD Dryer bietet deutlich vielfältigere Einsatzmöglichkeiten und eröffnet damit große Potenziale in einem breit gefächerten Anwendungsspektrum.

Viele Einsatzgebiete bei geringem Platzbedarf

Eine Branche, in der der CD Dryer hervorragende Trocknungsergebnisse erzielt, ist die Behandlung organischer und anorganischer Industrie- und Spezialabwässer. Ein Großteil der industriellen Abwässer stammt aus dem Nahrungsmittelbereich: Schlachthäuser, Brauereien, Limonadenfabriken, Brennereien und Molkereien produzieren sie in großen Mengen und profitieren dementsprechend auch stark von niedrigeren Entsorgungskosten durch die Produktbehandlung mit dem CD Dryer. Beispiele für anorganische Abwässer, die mit dem CD Dryer aufkonzentriert oder getrocknet werden können, sind Deponiesickerwässer, Bentonit- und Kaolin-Schlämme, mit Zinn beladene Abwässer und Wolfram-Schlämme. Ein weiterer Bereich ist die Aufbereitung verschiedenster pflanzlicher und tierischer Stoffe wie Algensuspensionen, Bierhefe, Destillationsüberreste, Fischwasser oder Gelatine. Darüber hinaus trocknet der CD Dryer alle pumpbaren, nicht karamellisierenden Stoffe, die keine festen Bestandteile beinhalten und nicht stark schäumen. Damit ist er in nahezu allen verfahrenstechnischen Zweigen von der chemischen Industrie über die Keramikindustrie bis hin zu Abfallwirtschaft, Abwasserbehandlung und Brauereiwesen einsetzbar.

In all diesen Anwendungsbereichen stellt der neue CD Dryer eine interessante Alternative zu herkömmlichen Walzentrocknern dar, die in der Regel für die Trocknung von in Flüssigkeiten gelösten oder suspendierten Feststoffen zum Einsatz kommen. Der Platzbedarf des Scheibenpakets ist bis zu 60 Prozent geringer als der der Walzen eines vergleichbaren Walzentrockners mit derselben Wärmeübertragungsfläche. Die kompakte Bauform bringt einen weiteren Vorteil mit sich: Bei Bedarf kann der Trockner als eine Einheit einfach und schnell an einen anderen Standort versetzt werden. Die für den Transport erforderlichen Staplerschuhe befinden sich unterhalb des Prozessraums. So bietet der CD Dryer das höchstmögliche Maß an Flexibilität in der Produktion.

Event-Tipp der Redaktion Das 13. Schüttgut-Forum findet auch 2019 wieder im Rahmen der Förderprozess-Foren statt. Weitere Informationen zur Veranstaltung finden Sie auf unserer Eventseite. Programm, Erfahrungsaustausch und Rahmen des Forums sind top, wie uns Teilnehmer dieser Nutzwertveranstaltung bestätigen. Unsere Bildergalerien zum letztjährigen Event zeigen Impressionen der Veranstaltung sowie die Referenten des Schüttgut-Forums.

Scheibenpaket lässt sich bei Bedarf erweitern

Das Herzstück des CD Dryers ist das Scheibenpaket. Die hohlen Scheiben werden durch Sattdampf mit bis zu 5 bar Druck von innen beheizt. Dies ermöglicht eine effiziente Kontakttrocknung der flüssigen Produkte. Je nach Anwendung bzw. Produktcharakteristik können der Scheibenwerkstoff und die Beschichtung der Scheiben auf z.B. stark korrosive oder auch abrasive Produkte angepasst werden. Die Scheiben können je nach Einsatzgebiet aus Normalstahl oder Edelstahl gefertigt werden und erhalten je nach Anforderung ein spezielles Coating gegen korrosiven und abrasiven Verschleiß. Durchmesser und Anzahl der Scheiben richten sich nach dem gewünschten Durchsatz. Dabei stehen zwei Optionen zur Auswahl: Scheiben mit einem Durchmesser von 900 mm oder 1.300 mm. Beide Scheibendurchmesser sind jeweils in drei Gehäusegrößen verfügbar: Für bis zu vier, acht oder zwölf Scheiben (900 mm Durchmesser) und für bis zu acht, zwölf oder sechzehn Scheiben (1.300 mm Durchmesser). Sind höhere Durchsätze gefordert, können dem CD Dryer dank dieser Plattformbauweise unkompliziert weitere Scheiben hinzugefügt werden – bis zur maximal möglichen Scheibenanzahl des jeweiligen Typs.

Die robusten Schaber zum Gewinnen des Trockengutes von den beheizten Scheiben richten sich automatisch für eine optimale Anstellung an den Scheibenseiten aus. Für die Schaber stehen abhängig von den jeweiligen Eigenschaften der zu behandelnden Produkte verschiedene Edelstahl-, Kunststoff- oder Keramik-Werkstoffe zur Verfügung.

Ob der Produktionsprozess wie gewünscht läuft, ist auf einen Blick erkennbar: Die Haube aus Verbund-Sicherheitsglas ermöglicht an der Frontseite eine einfache Prozessüberwachung während des Anlagenbetriebs. In geöffneter Position erlaubt sie zudem den bequemen Zugang zum Prozessraum für Reinigungsarbeiten sowie zur Überprüfung oder Justierung der Messer. Auch die beiden Technikräume – links der dampfseitige Technikraum, rechts der kondensatseitige – verfügen über Schaugläser sowie eine integrierte Arbeitsbeleuchtung zur optischen Kontrolle. Die großen schwenkbaren Türen ermöglichen im Fall von Wartungsarbeiten eine gute Zugänglichkeit zu den Technikräumen. Die aktuellen Maschinen- bzw. Prozessdaten können über ein Touchpanel intuitiv abgerufen oder verändert werden.

Energieeffiziente Trocknung

Allgaier setzt mit dem CD Dryer bewusst auf die Technologie der Scheibentrocknung. Sie bietet gegenüber einer Trocknung auf Walzentrocknern entscheidende Vorteile: Der Platzbedarf des zentralen Scheibenpaketes ist deutlich geringer als der eines Walzentrockners. Das zeigt folgendes Beispiel: Bei einer Wärmeübertragungsfläche von 24 m2 hat ein herkömmlicher Walzentrockner einen Platzbedarf von 7,7 m2. Ein CD Dryer benötigt lediglich 3,0 m2.

Darüber hinaus gestaltet sich der Abschabevorgang der getrockneten Produkte in einem Walzentrockner vergleichsweise kompliziert. Die Messer müssen auf einer Länge von mehreren Metern sehr exakt justiert werden. Montage und Instandhaltung sind entsprechend zeit- und kostenintensiv. Beim CD Dryer arbeiten mehrere Scheiben parallel. Jede Scheibe verfügt über eigene, kurze Schaber, die sich selbsttätig justieren sowie einfach zu montieren und zu warten sind.

Und auch in Sachen Energieeffizienz kann der CD Dryer punkten. Die dünnwandigen, robusten Scheiben gewährleisten ideale Wärmeleiteigenschaften und somit eine hohe spezifische Verdampfungsleistung je Quadratmeter beheizter Trockneroberfläche bei gleichzeitig kurzer Aufheizphase der Anlage. Im Vergleich zu konvektiven Trocknungsverfahren im Luftbetrieb oder mit Kreisgasführung benötigt der CD Dryer als reiner Kontakttrockner keine Luftzufuhr für den Wärmeeintrag, da dem feuchten Produkt die Wärme im direkten Kontakt über die beheizten Oberflächen zugeführt wird. Das unmittelbare Zusammentreffen von Trockner und Flüssigkeiten senkt den Energieverbrauch im Trocknungsprozess deutlich. Zudem fallen beim CD Dryer während des Trocknungsprozesses nur geringe – meist staubfreie – Abluftströme an. Die entstehenden Brüden geringer Menge werden mit hoher Wasserdampfbeladung abgeführt. Dadurch entstehen vergleichsweise geringe Wärmeverluste mit der Trocknerabluft.

Die im Vergleich zu konvektiven Trocknungssystemen deutlich reduzierte Abluftmenge wirkt sich zudem positiv auf die Anschaffungs- und Betriebskosten aus: So kann das nachgeschaltete Equipment – wie Zyklon, Filter, Wäscher und Abluftventilator – kleiner ausgelegt und damit deutlich kostengünstiger realisiert werden.

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Etablierte Technik exklusiv im europäischen Markt

Die CD Dryer Technik ist insbesondere in Asien seit Jahrzehnten bereits vielfältig etabliert. Allgaier Process Technology produziert und vermarktet den CD Dryer exklusiv für Europa und hat dafür die komplette Technik den europäischen CE-Konformitäts-Kriterien angepasst. Das Design wurde komplett überarbeitet und in seiner innovativen Form zum ersten Mal auf der Achema 2018 in Frankfurt vorgestellt. Einhergehend mit dem neuen Anlagendesign wurden die Sicherheitsstandards massiv erhöht, so sind alle drehenden und warmen Maschinenteile im Gehäuse verbaut. Die intuitive Anlagensteuerung über Touchpanel mit Fernwartungsmöglichkeit und die Prozessvisualisierung im laufenden Betrieb entsprechen mit der Neugestaltung höchsten Ansprüchen. So hat der CD Dryer auch im Rahmen des Achema Innovation Award überzeugt und konnte eine Platzierung in der Short-List erreichen.

Trocknung industrieller Abwässer

Durch Versuche im Technikumsmaßstab wurde die Eignung des CD Dryers zur Trocknung vielfältiger Abwasserkonzentrate und anderer Flüssigkeiten untersucht und bestätigt. Zur Auslegung von industriellen CD Dryern werden Technikumsversuche im halbtechnischen Maßstab durchgeführt. Durch die Versuche werden verschiedene Parameter ermittelt:

  • die spezifische Verdampfungsleistung je Quadratmeter Scheibenoberfläche,
  • der erreichbare Trockengrad des erzeugten Feststoffes abhängig von der Scheibendrehzahl (Verweilzeit),
  • der optimale Dampfdruck der Beheizung bzw. die damit im Zusammenhang stehende optimale Oberflächentemperatur der Scheiben für eine effiziente Trocknung und
  • die erzielbare Qualität des Trockenstoffes.

Die Ergebnisse der Versuche ermöglichen eine sichere Auslegung von Großanlagen.

Erreichte Restfeuchten und Trockengutqualitäten

Mit den vorkonzentrierten Flüssigkeiten konnten kontinuierlich ausreichend trockene Feststoffe hergestellt werden. Alle Trockengutproben waren gut rieselfähig und eignen sich somit für eine nachfolgende Verpackung, Lagerung oder Entsorgung. Beispielweise wurde für das Produkt 18328 (Calciumphosphat) in Tabelle 1 eine Restfeuchte von 0,6 % erzielt.

Ein wesentlicher Zusammenhang besteht zwischen der Scheibendrehzahl und der erreichbaren Restfeuchte der gewonnenen Feststoffe. Erwartungsgemäß ist ein eher klarer Zusammenhang zwischen der Verweilzeit der Produkte durch die gewählte Scheibendrehzahl und den erreichten Restfeuchten der Stoffe zu beobachten. Somit ergibt sich eine gute Möglichkeit der Einstellung einer gewünschten Restfeuchte durch Variation der Scheibendrehzahl. Versuchsergebnisse salzhaltiger Abwässer zeigen, dass die bei bestimmten Drehzahlen erreichbaren Restfeuchten stark von den jeweiligen Produkten und deren Eigenschaften abhängen.

Ermittlung der spezifischen Verdampfungsleistungen

In den Technikumsversuchen wird in der Regel für jedes Produkt die erreichbare oberflächenspezifische Verdampfungsleistung je Quadratmeter Scheibenoberfläche ermittelt. Dabei wurden der Heizdampfdruck sowie die Trocknungszeit über die Scheibendrehzahl variiert, während die resultierende Restfeuchte des Trockengutes in einem Zielbereich gehalten wurde. Die ermittelten oberflächenspezifischen Verdampfungsleistungen dienen im nachfolgenden Scale-up der sicheren Auslegung der benötigten großtechnischen Trocknungsanlagen.

Aus diversen Versuchen mit einer Vielzahl von Flüssigkeiten konnte gefunden werden, dass es nicht immer einen einfachen Zusammenhang zwischen Heizdampfdruck bzw. der damit im Zusammenhang stehenden Oberflächentemperatur der Scheiben und der erreichbaren spezifischen Wasserverdampfungsleistung gibt. Entgegen der Vermutung, dass hohe Drücke und Temperaturen in jedem Fall zu höheren Verdampfungsraten führen, zeigt sich häufig, dass zu hohe Heizdampfdrücke und Temperaturen die Trocknung auch negativ beeinflussen können. Bei zu schneller Verdampfung und eingeschränkter Diffusion der stetig entstehenden Brüden durch die sich auf den Scheiben ausbildende Feststoffschicht bilden sich Blasen oder ein Wasserdampfpolster zwischen beheizter Scheibe und Produkt, wodurch der Wärmeübergang eher behindert als beschleunigt wird. In der Folge sinkt die Trocknungsgeschwindigkeit. Folglich kommt es im Versuch darauf an, für jedes Produkt den optimalen Sattdampfdruck zur Beheizung bzw. die optimale Oberflächentemperatur der beheizten Scheibe zu ermitteln.

Bei dem Versuch 18670 mit einer proteinhaltigen Suspension zeigte sich bei 2,5 bar eine geringere Verdampfungsrate als bei Beheizung mit 1,5 bar. Das Trockengut bildete im Versuch eine zähe Folie, die im Gegensatz zu anderen getesteten, vorwiegend anorganischen Abwässern nicht selbst zu Pulver oder Granulat zerfiel. Im getrockneten und abgekühlten Zustand ließ sich das Produkt jedoch sehr gut zerkleinern.

Des Weiteren wurden die Zusammenhänge zwischen erreichbarer spezifischer Wasserverdampfungsleistung und Drehzahl der Scheiben untersucht. Erwartungsgemäß steigt die Wasserverdampfungsleistung mit der Scheibendrehzahl. Allerdings muss der Zusammenhang zwischen Drehzahl (Trocknungszeit) und Restfeuchte des Trockengutes gemäß Grafik beachtet werden.

Fazit

Mit dem CD Dryer steht ein einzigartiger Kontakttrockner zur Behandlung feststoffhaltiger Flüssigkeiten zur Verfügung, der sich durch besondere Robustheit gegenüber Lastschwankungen und Änderungen der Zusammensetzung der Suspensionen und Lösungen auszeichnet. Durch Versuche im Technikumsmaßstab wurde die Eignung des CD Dryers zur Trocknung vielfältiger Abwasserkonzentrate untersucht und bestätigt. Dabei zeigte sich, dass abhängig von der Feststoffkonzentration und der Viskosität der eingesetzten Flüssigkeiten unterschiedliche oberflächenspezifische Wasserverdampfungsleistungen erreichbar sind. Diese sind nicht in allen Fällen dem Sattdampfdruck bzw. der Beheizungstemperatur proportional. Die Restfeuchtegehalte der Trockenstoffe können über die Drehzahl der Scheiben und damit über die Verweilzeit der Stoffe auf den Scheiben eingestellt werden. Eine Erhöhung der Drehzahl der Scheiben führt in der Regel zu einer höheren Verdampfungsrate, wobei die Restfeuchte der Trockenprodukte limitierend ist. Für Versuche mit spezifischen Produkten steht eine geeignete Versuchsanlage im Technikum von Allgaier Process Technology in Uhingen zur Verfügung.

Powtech 2019: Halle 4A, Stand 315

* Der Autor ist Leiter Forschung & Entwicklung bei Allgaier Process Technology, Uhingen.

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