Dünnschichttrocknung Trocknung bis zur Pulverform

Autor / Redakteur: Dipl.-Ing. Wolfgang Engl / Wolfgang Ernhofer

In den letzten Jahren hat sich das indirekte Trocknungsverfahren im Vertikal- oder Horizontaltrockner als besonders produktschonend und wirtschaftlich erwiesen. Das Verfahren zeichnet sich durch den Wegfall von Emissionen (Geruch, Gase, Staub, Lärm) aus, und die Apparate überzeugen durch kompakte Bauweise sowie geringen Wartungsaufwand und Platzbedarf.

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Vertikale Dünnschichttrockneranlage
Vertikale Dünnschichttrockneranlage
(Bild: GIG Karasek)

Der Dünnschichttrockner ist eine Sonderbauform des Dünnschichtverdampfers, in dem das Produkt kontinuierlich über den gesamten Umfang der Heizwand verteilt, mithilfe spezieller Streich bzw. Förderelemente der Wandkontakt ständig erneuert und der Produktstrom zugleich weitertransportiert wird. Die Rotorblätter berühren den Heizmantel nicht, verhindern jedoch durch massiv gebaute, mit definiertem Spalt angeordnete Wischerelemente eine Verkrustung bzw. Verblockung der Heizfläche, wie dies oft beim Verdampfen von Flüssigkeiten mit Feststoffen entstehen kann.

Durch diese Wischerkonstruktion besteht im Trockner die Möglichkeit, flüssiges Einsatzprodukt bis hin zur Pulverform aufzutrocknen. Die Aggregate können sowohl einzeln (Vertikal/Horizontal) als auch kombiniert (Vortrocknung im vertikalen, Nachtrocknung im horizontalen Verdampfer) eingesetzt werden. Wenn beide Varianten vereint werden, können in einem Trennprozess zwei unterschiedliche Verdampferbauarten mit den jeweiligen Vorteilen genutzt werden.

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Die inneren Werte des vertikalen Dünnschichttrockners zählen

Das Innere des vertikalen Dünnschichttrockners überzeugt vor allem mit einem Rotorsystem, das mit Pendelschlägerwischer bestückt ist. Dieses wird häufig zur kontinuierlichen Trocknung von flüssigen Produkten zu Feststoff in einem Prozessschritt eingesetzt. Die massiven Pendelschläger halten nicht nur einen optimalen Wärmeübergang durch ständiges Abreinigen von Verkrustungen an der Heizfläche aufrecht, sondern gewährleisten auch lange Standzeiten der Wischerblätter aufgrund der verschleißarmen Konstruktion.

Zusätzlich zeichnet sich der Trockner nicht nur durch Produktschonung und kurze Verweilzeiten aus, sondern garantiert auch geringen Energieverbrauch, was zu einer optimalen Ausbeute an Produktqualität unter ökonomischen Gesichtspunkten führt.

Die Haupttrocknung erfolgt im oberen Teil des Apparates, während im unteren Bereich nur noch die Restfeuchte entfernt wird, welche meist im Zusammenhang mit einer Phasenumwandlung von flüssig auf fest in der Slurry-Zone einhergeht. Die Brüden werden in der Regel über ein Vakuumsystem abgesaugt, und der Feststoff wird z.B. über eine Schleuse kontinuierlich ausgetragen.

Die vertikalen Dünnschichttrockner werden hauptsächlich für die Trocknung von Chemieprodukten, Suspensionen oder salzhaltigen Lösungen eingesetzt. Auch für die toxische Abwasseraufbereitung sind Dünnschichttrockneranlagen gut geeignet.

Schlämme, Pasten und Fluide bis zur Pulverform trocknen

Horizontale Dünnschichttrockner eignen sich im Gegenzug hauptsächlich für die effektive Trocknung von Industrieschlämmen, Pasten und feuchten Feststoffen. Durch den geringen Produkt-Hold-Up und die Produktumwälzung gepaart mit erhöhter Verweilzeit werden bei zu trocknenden Schlämmen gute Trocknungsergebnisse erzielt. Auch diese Variante zeichnet sich durch geringen Energieverbauch, selbstreiningende Heizflächen und leichte Zugänglichkeit aus.

Horizontale Dünnschichttrockner haben Rotorsysteme mit reihenweise angeordneten, speziell gestalteten Rotorblättern. Der Schlamm wir durch die Rotorwischer in dünner Schicht an der Heizwand verteilt und auch weiter gefördert. Je nach Produkt und Anforderungen ist eine Restfeuchte von einigen Prozent bis zur vollständigen Auftrocknung erreichbar. Die Produktverweilzeit liegt bei größeren Trocknern zwischen etwa einer und zehn Minuten, abhängig von der jeweiligen Trocknungsaufgabe und der Rotorbestückung.

Der horizontale Dünnschichttrockner kann auch jederzeit mit Produktinhalt abgestellt und nach einiger Zeit wieder angefahren werden, ohne dass Reinigungs- oder Wartungsaktivitäten nötig sind. Die höhere Verweilzeit und die geringe Schlammmenge im Trockner haben auch weitere verfahrenstechnische Vorteile. Dadurch ist es möglich, den Trockensubstanzgehalt des Schlammes über die Heiztemperatur oder die Speisemenge im Trockner jederzeit und kurzfristig zu ändern, und beispielsweise so den Anforderungen einer nachgeschalteten Wirbelschichtverbrennung anzupassen.

GIG Karasek hat einen Auftrag über eine Anlage für toxische Lösemittelabtrennung eines Calciumfluorid-Schlammes erhalten, welche das Ziel verfolgt, einerseits Deponiekosten einzusparen und andererseits das so zurückgewonnene Lösemittel gewinnbringend verkaufen zu können. Das Konzept beinhaltete eine einstufige, horizontal ausgeführte Trockneranlage, welche fertig montiert in einer Stahlkonstruktion als SKID-Unit ausgeliefert wurde. Die Auslegung mitsamt allen notwendigen Berechnungen basiert auf Pilotversuchen im hauseigenen Technikum und Erfahrungen, welche unter Anwendung mit dieser Verdampfungstechnologie und ähnlichen Produkten bereits gesammelt wurden.

Versuche im Labor- und Technikum sind unerlässlich

Vor jedem Labor- und Pilotversuch werden mit Prozesssimulationen (u.a. mittels ChemCad) die Betriebsparameter ermittelt. Um die Simulationsergebnisse praktisch zu untermauern, werden Versuche im Labormaßstab durchgeführt. Für diese Versuche werden Kleinproduktmengen von fünf Kilogramm benötigt. Auf Basis der Ergebnisse aus diesen Versuchen können Aussagen über erreichbare Qualitäten, die Ausbeute sowie Destillationsparameter getroffen werden. Nach erfolgreicher Durchführung der Laborversuche wird je nach Bedarf eine Testreihe im firmeneigenen Technikum gefahren.

Diese Vorgehensweise ermöglicht es, errechnete und im Labormaßstab überprüfte Ausbeute bzw. Produktqualität zu gewährleisten. Sämtliche Versuche, sowie die Herstellung von Kleinmengen werden während des gesamten Prozesses analytisch überwacht. Dazu stehen verschiedene Analysemöglichkeiten zur Verfügung, wie etwa eine mobile Bedienzentraleinheit, die Trendkurven aufzeichnet und spezielle Prozessparameter protokolliert. Der Destillationsverlauf und alle relevanten Betriebsparameter werden über die Versuchslaufzeit aufgezeichnet, dokumentiert und überwacht. Der Anwender erhält anschließend einen detaillierten Versuchsbericht und erste Rückschlüsse für ein mögliches Anlagenlayout.

* Der Autor ist Leiter der Verfahrenstechnik für Dünnschicht-Kurzwegtechnologie bei GIG Karasek.

* Kontakt: Tel. +43 (0) 26 62 / 4 27 80

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