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Prozesstechnik im Überblick: Teil 1 Chemie

Trocknung in der Chemischen Industrie

| Autor / Redakteur: Dr. Dirk Jakobs* / Manja Wühr

Durch den Einsatz von Vakuumschaufeltrocknern lassen sich Trocknungen schonend und zügig durchführen.
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Durch den Einsatz von Vakuumschaufeltrocknern lassen sich Trocknungen schonend und zügig durchführen. (Bild: Lödige)

Ob Zement, Babynahrung, Handcremes, Schmerztabletten oder Cellulosederivate. Ohne die entsprechende Prozesstechnik sind viele industriell gefertigte Produkte nicht denkbar. Entsprechend breit ist das Spektrum an Lösungen für die unterschiedlichsten Branchen. Bei aller Vielfalt werden zahlreiche Anforderungen durch die grundlegenden Verfahren Mischen, Granulieren und Trocknen abgedeckt. Drei Beispiele zeigen exemplarisch, welche Möglichkeiten die Prozesstechnik für die Lebensmittelindustrie, die Pharmaproduktion und die Chemische Industrie bietet.

Mischen ist eine der Grundoperationen in der Verfahrenstechnik. Es handelt sich hierbei um das gezielte Vereinigen von mindestens zwei unterscheidbaren Stoffen zu einem homogenen Gemisch.

Um einen intensiven Mischeffekt zu erreichen, wie er bei industriellen Anwendungen gefordert ist, kommen dynamische Zwangsmischer zum Einsatz. Sie arbeiten mit angetriebenen, im Mischraum eingebauten Mischelementen. Durch die Mischelemente werden die Ausgangsstoffe gezielt beschleunigt und relativ zueinander bewegt. Mögliche Anwendungen für die vielfältig einsetzbaren Zwangsmischer sind Mischungen aus mehreren Feststoffen, Feststoffen und Flüssigkeiten, mehreren Flüssigkeiten, Gasen und Feststoffen sowie Gasen und Flüssigkeiten.

Fachbuch „Verfahrenstechnik“Das Fachbuch „Verfahrenstechnik" bietet eine Einführung in die wichtigsten Grundverfahren der mechanischen, thermischen und chemischen Verfahrenstechniken sowie der Bioverfahrenstechnik. Für die Umwelttechnik wichtige Trennverfahren sind besonders herausgearbeitet. Vollständig durchgerechnete Beispiele geben Einblick in die Projektierung von Apparaten und Anlagen.

Trocknen ist das Entfernen oder Verringern des Flüssigkeitsanteils (Feuchte) in einem Feststoff durch thermische Behandlung, wobei die Flüssigkeit in die Dampfphase überführt und abtransportiert wird. Die Trocknung von Feststoffen ist ein grundlegender Arbeitsschritt, der in einer Vielzahl von chemischen Produktionsprozessen benötigt wird, beispielsweise um Stoffe, die in einer Flüssigphasenreaktion hergestellt werden, in eine lager- bzw. transportfähige Form zu transferieren.

Trocknen im Vakuum

Durch den Einsatz von Vakuumschaufeltrocknern lassen sich Trocknungen schonend und zügig durchführen. Dabei handelt es sich um indirekt über einen Doppelmantel beheizte Kontakttrockner, die in der Regel unter Vakuum betrieben werden. Durch die Trocknung im Vakuum wird die thermische Belastung des zu trocknenden Gutes minimiert, so dass auch temperaturempfindliche Stoffe verarbeitet werden können.

Als weiteres Charakteristikum kommt beim Schaufeltrockner die intensive Durchmischung des Materials in einem mechanisch erzeugten Wirbelbett hinzu. Mit dieser Durchmischung geht ein sehr hoher Wärmetransfer von der beheizten Maschinenwand auf das Trocknungsgut einher. Dadurch werden kurze Trocknungszeiten erreicht. Eine weitere Verkürzung der Trocknungszeit wird durch den Einsatz von schnelllaufenden Messerköpfen erreicht, die seitlich an der Maschinentrommel angebracht werden. Durch diese werden Agglomerate zerkleinert, die sich während der Trocknung bilden können. So ist auch die im Inneren dieser Zusammenballungen eingeschlossene Feuchtigkeit zugänglich.

Bei der Verarbeitung vieler Chemikalien wird der Trockner unter den gewählten Prozessbedingungen mechanischen und chemischen Belastungen ausgesetzt. So werden z.B. bei sauren und chloridhaltigen Medien hochlegierte Sonderstähle bzw. Nickel-Basislegierungen als Werkstoff eingesetzt. Bei abrasiven Stoffen ist es hingegen erforderlich, die produktberührenden Teile im Inneren der Maschine gegen Verschleiß zu schützen. Dies kann unter anderem durch eine Plasmabeschichtung mit Hartmetalllegierungen erfolgen. Dabei reicht bei diesen – in der Regel auf Wolframcarbid oder Aluminiumoxid basierenden Beschichtungen – oft eine Schichtdicke von ca. 0,5 mm aus, um den Verschleiß erfolgreich zu verhindern. Auf der anderen Seite wird durch eine derart dünne Beschichtung der oben genannte, gute Wärmetransfer an der beheizten Maschinenwand nur unwesentlich vermindert.

Diese Art von Beschichtungen wird auch dann eingesetzt, wenn zwar nur ein sehr geringer Verschleiß durch Abrasion zu erwarten ist, dieser geringe Materialabtrag aber zu einer nicht zulässigen Verunreinigung des Produktes mit ferritischen (Eisen-) Partikeln führen würde. Ein Beispiel ist die Aufbereitung von Batteriemassen für Lithium-Ionen-Zellen, die aktuell stark an Bedeutung gewinnt.

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* Dr. Jakobs ist tätig im Vertrieb Mixing and Reacting bei Gebr. Lödige Maschinenbau, Paderborn.

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