Verbesserte Trocknungsprozesse durch Kurzwegtrocknung im Tellertrockner

Die Kontakttrocknung gehört zu den Standard-Verfahren der thermischen Fest-Flüssig-Trennung. Sie wird vorzugsweise eingesetzt, wenn hochwertige Güter bei niedrigen Prozesstemperaturen und niedrigen Prozessdrücken schonend behandelt werden sollen oder zum Abtrennen von Flüssigkeiten mit anschließender Lösemittelrückgewinnung. Dank hoher thermischer Wirkungsgrade sind die Betriebskosten gering. Dazu trägt auch der minimale Inertgasverbrauch zur sicheren Verarbeitung von toxischen oder explosiven Stoffen bei. Dafür sind die Investitionskosten im Vergleich zu konvektiven Trocknungssystemen meist höher.

Besonders bei der Vakuumtrocknung von Schüttgütern – eine besondere Art der Kontakttrocknung –, sind große Staubfilter, beheizte Abgassysteme und zusätzliche Kühlaggregate nötig, um einen niedrigen Druck im Trockner zu erreichen. Bei den neuartigen Kurzwegtrocknern werden Oberflächenkondensatoren direkt in den Prozessraum integriert. Auf diese Weise können die Brüden ohne Druckverlust von den Feststoffen abgeführt werden. Dies minimiert sowohl den apparativen Aufwand für das Trocknungssystem als auch die Betriebskosten.

Drei Wege führen zum Ziel

Man unterscheidet üblicherweise drei Grundarten von Trocknern, die nach der Art der Wärmezuführung benannt sind. Bei der Konvektionstrocknung wird das Produkt von einem heißen Trägergas über- oder durchströmt, das seine Wärme auf das Produkt überträgt. Mit dem Trägergas werden gleichzeitig die entstehenden Brüden abgeführt.

In Strahlungstrocknern wird dagegen die Umwandlung von Strahlungs- in Wärmeenergie genutzt. In diesem Fall werden die Produkte zum Beispiel im Mikrowellenfeld oder unter Infrarotstrahlen behandelt. Die Kontakttrocknung ist neben der Konvektionstrocknung am weitesten verbreitet. In Kontakttrocknern wird die Wärme durch den Kontakt des zu trocknenden Gutes mit beheizten Flächen übertragen.
Eine Unterart der Kontakttrockung ist die Vakuumtrocknung, bei der die Verdampfungstemperatur von Flüssigkeiten herabgesetzt wird, indem man den Prozessdruck absenkt. Dadurch lassen sich die Produkte bei niedrigen Temperaturen schonend trocknen.

Tellertrockner füreffektive und schonende Trocknung

Eine weit verbreitete Bauform von Kontakttrocknern ist der Tellertrockner, der für rieselfähige Schüttgüter verwendet wird. Er besteht aus doppelwandigen, beheizbaren Tellern, welche in einem Verfahrensgehäuse vertikal übereinander angeordnet sind. Das Trockengut wird durch Schaufelarme auf den stationären Tellern transportiert und umgelagert. Die Teller haben zwei verschiedene Durchmesser: Auf den großen Tellern wird das Produkt von außen nach innen gefördert und fällt dann auf die jeweils darunter liegenden kleineren Teller. Auf den kleineren Tellern wird das Produkt nach außen gefördert, um wiederum auf den darunter liegenden größeren Teller zu fallen. Auf diese Weise wird das Produkt kontinuierlich mäanderförmig über die verschiedenen Teller durch den Trockner transportiert. Diese Trocknerbauform und die Art des Produkttransportes haben mehrere Vorteile:

• gleichmäßiger Produkttransport ohne Quervermischung für ein homogenes Produkt mit hoher Qualität,
• exakt einstellbare Verweilzeit ohne Gefahr der Produktüberhitzung,
• geringe mechanische Produktbelastung durch niedrige Drehzahlen, Kornbruch wird vermieden,
• große Wärmeübertragungsflächen bei geringem Grundflächenbedarf,
• optimierte Temperaturführung durch individuell beheiz- bzw. kühlbareTeller,
• kontinuierlich Produktumlagerung erhöht Wärme- und Stoffübergang,
• geringe Produktschichthöhen ohne interne Temperatur- und Feuchtegradienten,
• große Schüttgutoberflächen führen die Brüden optimal ab,
• geringe Staubbildung auch bei hohen Verdampfungsleistungen.

Hohe Wirkungsgrade

Tellertrockner werden üblicherweise als Vakuumtrockner zum reinen Kontakttrocknen oder mit Schleppgasüberströmung betrieben. Mit dem Schleppgas lassen sich die Brüden bei Normaldruck besser ableiten. Allerdings sind die Anforderungen, beispielsweise an die Abluft, ein geschlossenes Produkthandling und die Arbeitssicherheit, gestiegen. Deshalb werden offene Systeme wie der atmosphärische Tellertrockner mit Frischluft als Schleppgas nur noch selten eingesetzt. Zudem ist der thermische Wirkungsgrad solcher offenen Systeme mit hohem Schleppluftverbrauch ähnlich hoch wie der von Konvektionstrocknern.

Die moderne Produktion hochwertiger Chemikalien erfordert geschlossene Systeme mit höheren Wirkungsgraden zur Reduzierung der Betriebskosten. Trockner in geschlossenen Systemen werden gewöhnlich mit externen Inertgaskreisläufen betrieben. Die Lösemittel werden zurückgewonnen, indem die Schleppgase nach dem Trockner abgekühlt werden. Der thermische Wirkungsgrad ist somit stark abhängig von der zirkulierenden Inertgasmenge. Moderne gasdichte Tellertrockner mit Inertgaskreislauf sind deshalb so konstruiert, dass die Gase mittels konzentrischer Gasströmung über das Produkt optimal verteilt sind. Deshalb werden nur geringe Schleppgasmengen benötigt, was den thermischen Wirkungsgrad entsprechend erhöht.
Ganz ohne Schleppgas arbeiten Vakuum-Tellertrockner. Die durch Direktverdampfung entstehenden Brüden strömen aufgrund einer Druckdifferenz über Brüdenfilter aus dem Trockner und werden vorzugsweise vakuumseitig kondensiert. Das Vakuumsystem wird zur Vorevakuierung benötigt und, um geringe Leckgasmengen herauszutragen.

Lösemittelrückgewinnung an der Trocknerwand

Das Gehäuse eines Tellertrockners hat in der ursprünglichen Version nur die Funktion, das System gegenüber der Umgebung abzuschließen. Es kann jedoch auch genutzt werden, um Kühlflächen an der Trocknerwand im Verfahrensgehäuse einzubauen. Auf diese Weise lassen sich Lösemittel direkt im Trockner zurückgewinnen. Diese Konstruktion bringt Vorteile, die mit keinem anderen kontinuierlich betriebenen Trockner zu erreichen sind:

• minimale Strömungslängen bei größtmöglichem Strömungsdurchmesser und damit keine Druckdifferenzen zwischen Trocknungs- und Kondensationsraum,
• es wird fast kein Staub mitgerissen, da die Gasgeschwindigkeit sehr klein ist,
• kaum Temperaturbelastung, da die Dämpfe sofort wieder gekühlt werden,
• kein Brüdenfilter und keine externen Kondensatoren notwendig,
• bei Verarbeitung unter Atmosphärendruck werden keine Ventilatoren benötigt; im Vakuum können kleinere Vakuumpumpen verwendet werden, da keine Druckdifferenz zwischen Trockner und Pumpe besteht,
• weniger Aufwand für die Isolierung der Anlage,
• Reduzierung der Betriebskosten, da kein Schleppgas notwendig ist,
• geringer Platzbedarf,
• Reduzierung der Gesamtinvestitionskosten.

Die Innenkondensation in Tellertrocknern ist eine Neuentwicklung, das Verfahren wird jedoch bereits bei der Aromagewinnung aus Naturstoffen erfolgreich angewandt. Bei diesem Prozess ist es notwendig, das Produkt bei niedrigen Temperaturen schonend zu behandeln, damit es sich nicht thermisch zersetzt. Während des Trocknungsprozesses muss der Druck im Trockner unter 10mbar liegen. Das ist mit konventionellen kontinuierlichen Trocknungssystemen mit Brüdenfilter, langen Brüdenleitungen, externen Kondensatoren und Vakuumpumpen mit einem Ansaugdruck unter 5mbar nur mit hohem apparativem Aufwand zu erreichen. Zudem wurde man festgestellt, dass sich die Aromen in der Dampfphase in kürzester Zeit zersetzen, weshalb die Produktausbeute bei Innenkondensation bis zu 20% gesteigert werden kann.

Sollen hochsiedende Stoffen abgetrennt werden, ist es normalerweise notwendig, Trocknergehäuse, Brüdenleitungen und Staubfilter beheizt auszuführen, um eine Rückkondensation zu vermeiden. Durch den Einsatz eines Trockners mit Innenkondensation ließen sich die Investitionskosten ebenfalls um 20% reduzieren.

Fazit: Tellertrockner trocknen Schüttgüter kontinuierlich und schonend. Geschlossene Systeme sind besser als offene, sie sind sicherer und haben höhere Wirkungsgrade. Die beste Variante stellen dabei Tellertrockner mit Innenkondensation dar. Sie können bei Atmosphärendruck oder mit Vakuum betrieben werden und benötigen kein Schleppgas. Die Kondensationsflächen werden direkt an der Trocknerwand eingebaut.