Trocknung mit überhitztem Dampf bei atmosphärischem Druck

Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB

Der Einsatz von überhitztem Dampf zur Trocknung bietet hervorragende Möglichkeiten, um den Trocknungsprozess im Hinblick auf Trockenzeit, Energieverbrauch und weitere Parameter insbesondere die Produktqualität zu optimieren.

Laufende Forschungsarbeiten

In laufenden Forschungsarbeiten beschäftigen wir uns mit kunden- und produktspezifischen Fragen zur Auslegung und Ausgestaltung des Prozessraumes sowie die Auswirkung der sehr intensiven Trocknung auf das Produkt.

Zukünftige Schwerpunkte

  • Betrieb des Trocknungsprozesses mit regenerativen Energien, insbesondere Solarenergie
  • Rückgewinnung volatiler Stoffe als Mehrwert zum Trocknungsprozess
  • Gezielte Produktmodifikation in der Kombination mit einer Trocknung

Das Verfahren: Trocknung mit überhitztem Dampf

Das zu trocknende Material wird einer Atmosphäre aus überhitztem Dampf ausgesetzt. Das Trockengut erhitzt sich und gibt seine Feuchtigkeit in Form von Wasserdampf ab. Die Dampfatmosphäre kühlt sich bei diesem Prozess durch die Abgabe der Verdampfungswärme ab. Diese Wärme wird dem Dampf wieder zugeführt, wodurch dieser auf seiner Solltemperatur gehalten wird und eine weitere Wasseraufnahme möglich ist. Die Arbeitstemperatur beträgt in der Regel 120–180 °C, kann aber auch erhöht werden. Überschüssige Feuchtigkeit sinkt als gesättigter Dampf, aufgrund der höheren Dichte, in den unteren Teil des Trocknerraums ab und wird kondensiert. Über den Dichteunterschied grenzt sich die Dampfatmosphäre selbst gegen die Luftatmosphäre ab. Hierdurch sind keine Installationen zur Abdichtung der Atmosphären notwendig. Dies erlaubt, dass dasjenige Transportsystem zur Trocknerbeschickung frei gewählt werden kann, das für die Handhabung des Produkts am Besten geeignet ist.

Eigenschaften vom überhitztem Dampf und Vorteile

Überhitzter Dampf unterscheidet sich im Hinblick auf die Trocknungseigenschaften von normaler Heißluft. Die Wärmekapazität und die Wärmeleitfähigkeit sind höher als bei Luft, so dass deutlich geringere Trocknungszeiten möglich sind. Aufgrund der Abwesenheit von Luft und der geringen Dichte des Dampfes ist außerdem eine schnellere Diffusion bzw. Strömung des Gases zur Produktoberfläche und in die Poren möglich. Dies führt zu einer homogeneren und schnelleren Trocknung des Gutes. Dadurch können die Trocknungsanlagen im Vergleich zu Heißlufttrocknern kompakter und mit geringeren Investitionskosten gebaut werden. Aufgrund der schnelleren Trocknung sind die Wärmeverluste geringer und somit auch der Energieverbrauch und die Betriebskosten. Grundsätzlich ist es möglich, den Überschussdampf weiter zu verwenden, indem die Wärme auf einem hohen Temperaturniveau (100–120 °C) für weitere Prozesse genutzt wird. Durch diese Maßnahme kann eine sehr gute Energieeffizienz im Gesamtenergiekonzept einer Industrieanlage erreicht werden. Brüdenkompressoren können ebenfalls eingesetzt werden, um die spezifische Enthalpie und somit die Temperatur wieder auf ein prozesstechnisch interessantes Niveau anzuheben.

Rückgewinnung des Kondensats und Prozessführung

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. 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.

Anwendungen

Das Verfahren zur Trocknung mit überhitztem Dampf haben wir in einer Vielzahl von Projekten mit der Industrie für verschiedenste Anwendungen erprobt. So konnten wir produktschonend und energiesparend mineralische Rohstoffe, Baumaterialien sowie Lebens- und Futtermittel trocknen. Systematische Versuche zeigen, dass sich die Dampftrocknung auch zur Hygienisierung von Lebensmitteln eignet. Referenzdaten hierzu finden Sie unter Projekte.