Trocknung mit überhitztem Wasserdampf

Herausforderung

Die Trocknung ist ein wichtiger und häufig eingesetzter Prozess in der Industrie. Bei der Produktion, Aufbereitung oder Verarbeitung von Feststoffen stellt die Trocknung meist einen wesentlichen Prozessschritt dar. Übliche Trocknungsprozesse arbeiten mit Heiß- oder Kaltluft. Hierbei wird in vielen Fällen ein großer Teil der in der gesamten Produktbearbeitungskette benötigten Energie verbraucht. Ferner sind die Prozesse oft zeitintensiv und benötigen viel Platz.

Unsere Lösung

Das Fraunhofer IGB stellt industriellen Anwendern einen Prozess bereit, bei dem die Produkte in einer reinen Dampfatmosphäre bei atmosphärischem Druck getrocknet werden. Mit mehreren Anlagen im Labor- und Technikumsmaßstab können wir für Kunden Forschungs- und Entwicklungsaufgaben für Ihre Produkte übernehmen.

Überhitzter Dampf zur Trocknung dagegen bietet hervorragende Möglichkeiten, um den Trocknungsprozess im Hinblick auf Trockenzeit, Energieverbrauch und weitere Parameter wesentlich effizienter zu gestalten. Neben einer gezielten Erfassung der aus dem Produkt ausgetragenen Feuchte als Dampf oder Kondensat ermöglicht das Verfahren auch die gezielte Gewinnung volatiler (leicht flüchtiger) Bestandteile, die mit der Feuchte aus den Produkten entweichen. In den allermeisten Fällen bilden diese Stoffe werthaltige Substanzen dar, die wieder oder weiter verwertet werden können.

Anwendungen

Wir haben das Trocknungsverfahren mit der Industrie für verschiedenste Anwendungen erprobt. So konnten wir produktschonend und energiesparend mineralische Rohstoffe, Baumaterialien, organische Dünger sowie Lebensmittel und Futtermittel trocknen.

Systematische Versuche zeigen, dass sich die Dampftrocknung auch zur Hygienisierung von Lebensmitteln eignet.

Der Einsatz von überhitztem Dampf zur Trocknung von Lebensmitteln, Futtermitteln oder biobasierten Roh- und Reststoffen bei atmosphärischem Druck (engl. superheated steam drying, SHSD) bietet viele Vorteile gegenüber konventionellen Verfahren mit Heißluft.

Die sauerstoffarme Atmosphäre verhindert Oxidationsprozesse am Produkt und trägt somit dazu bei, die Produktqualität zu erhalten. Es erfolgt auch keine Degradation von wertvollen Inhaltstoffen wie zum Beispiel Vitaminen.

Die thermodynamischen Eigenschaften des Trocknungsmediums (Wasserdampf) ermöglichen eine intensivere Wärme- und Stoffübertragung während des Trocknungsprozesses. Daher können geringere Verweilzeiten als bei herkömmlichen Trocknungsverfahren realisiert werden, wodurch an den Produkten weniger Abbauschädigungen durch thermische Einwirkung über die Verweildauer auftreten. Dadurch werden die Produkte geschont. Allerdings kann der hohe Trocknungsgradient zu unerwünschten Veränderungen in der Materialstruktur führen. Dieses Risiko lässt sich mittels einer volumetrischen Vorwärmung des Produkts mit Mikrowellen lösen.

Speziell Lebensmittel enthalten in ihrer Stoffmatrix Komponenten, die deutlich unter der Trocknungstemperatur von ca. 120 –­ 150 °C volatil werden. Diese Stoffe müssen bei konventionellen Trocknungsanlagen mit einer Abluftbehandlung entfernt werden. Durch das teiloffene Reaktorkonzept bei SHSD werden diese Stoffe zusammen mit dem Überschussdampf erfasst und können gezielt abgetrennt und als Wertstoffe gewonnen werden. Hierdurch gehen diese sehr werthaltigen Stoffe nicht verloren, sondern ermöglichen einen hohen Kostendeckungsbeitrag für die Prozessstufe der Trocknung.

Durch das halboffene Anlagenkonzept können alle Fördertechniken eingesetzt bzw. die für das Produkt bestgeeignete Technik gewählt werden.

Aufgrund der schnelleren Trocknung können die Anlagen energieeffizient und kompakt gebaut werden.

Außerdem vermindert die Abwesenheit von Luftsauerstoff die Explosionsgefahr, was zu einer deutlich einfacheren Bau-und Betriebsweise führt.

Wir begleiten Sie von ersten Voruntersuchungen über der Realisierung der entwickelten Anlagenkonzepte bis zur Inbetriebnahme einer Anlage:

• Wissenschaftliche Beurteilung, Beratung, Untersuchungen zu Aufgaben der Trocknung und des Wärmeübergangs
• Entwicklung eines an Ihre individuellen Bedürfnisse angepassten Anlagenkonzepts
• Prozessauslegung durch ein interdisziplinäres Team aus den Bereichen Verfahrenstechnik, Maschinenbau, Chemie, Mikrobiologie und Elektrotechnik
• Technikums- und Pilotanlagen für die Versuchsdurchführung
• Produktbezogene Beurteilung der Trocknung durch umfangreiches Analytikangebot
• Konstruktive Spezifizierung des Prozesses und der Anlagenkomponenten, u. a. mit der integrierten Kombination aus 3D-CAD-Konstruktion und numerischer Simulation von Strömungen, Wärmeübertragung etc. mit neuester Software
  

Zudem ermöglicht die gezielte Rückgewinnung des Kondensats dessen weitere Nutzung als demineralisiertes Wasser. In manchen Fällen werden mit dem Wasser auch flüchtige Stoffe wie Aromastoffe oder leichtflüchtige VOCs (volatile organic compounds) wie z. B. Lösemittel kondensiert, die mit Standardprozessen abgetrennt und so als recycelter Wertstoff zur Verfügung gestellt werden können. Durch die Kreislaufführung des Trockenmediums und die dampfdichte Hülle des Trockners sind Abluftfilter nicht erforderlich. Die Verwendung von reinem Wasserdampf und somit die Abwesenheit von Luft, insbesondere Luftsauerstoff, ermöglichen einen inerten Prozessraum. Dies verhindert die Oxidation des Produkts. Außerdem wird die Explosionsgefahr (z. B. Staubexplosionen) deutlich reduziert. Bei einer günstigen Führung des Trockengutes ist es möglich, in einem kontinuierlichen Prozess unter Atmosphärendruck zu arbeiten. Dadurch kann auf Schleusensysteme verzichtet werden.

Prozessführung

Zur Beschickung und im Trockner selbst kann die Fördertechnik frei gewählt werden (Schwing-, Band- oder Schneckenförderer, Trommel etc.). Die Prozesstemperaturen von über 120 °C führen zu einer Hygienisierung des Trockengutes. Dieser Effekt kann durch die Anpassung der Temperatur und der Trockenzeit gezielt beeinflusst werden.