Prinzip der Heißdampftrocknung bei Atmosphärendruck

Trocknung in der industriellen Produktion

Bei der Produktion, Aufbereitung oder Verarbeitung von Feststoffen stellt die Trocknung meist einen wesentlichen Prozessschritt dar. Dabei benötigt sie in vielen Fällen einen großen Anteil der im Produktionsprozess verbrauchten Energie sowie der benötigen Zeit und des Raumvolumens.

Dies ist nachteilig, da die Trocknung oftmals nur ein notwendiger, nicht aber wertschöpfender Teilprozess ist. Sie dient beispielsweise der Konservierung des Trocknungsgutes (Haltbarkeit, Stabilität von Lebensmitteln, Schlämmen, etc.) oder der Gewichtsreduzierung (Abfälle, Baustoffe, Schlämme, etc.). Gegebenenfalls muss das enthaltene Wasser auch zur Vorbereitung des nächsten Verarbeitungsschrittes entfernt werden (Automobilindustrie, Kunststoffe, Textilindustrie, Lebensmittel, etc.).

Bei der Trocknung wird einem feuchten Feststoff durch Verdampfen Feuchtigkeit entzogen. Dafür muss dem Gut Energie zugeführt werden.

Dieser Energieeintrag kann erfolgen durch

  • Konvektion – mithilfe eines Trägergases, z. B. Heißluft, überhitzter Dampf oder ein Inertgas
  • Konduktion – über heiße Kontaktflächen
  • Strahlung – Mikrowellen, Infrarot, Solarwärme

Neben der Wärmeübertragung spielt bei der Trocknung auch die Stoffübertragung eine wesentliche Rolle. Üblicherweise werden bei industriellen Trocknungsprozessen unterschiedliche Effekte und Verfahren gezielt kombiniert, um für ein spezielles Produkt ein besonders geeignetes Trocknungsergebnis zu erhalten.

Die Qualität des einzelnen Produktes mit seinem individuellen Trocknungsverhalten steht dabei immer im Vordergrund und daran muss sich der Prozess orientieren. Essenziell für ein erfolgreiches Trocknungsergebnis ist das Einbeziehen sekundärer verfahrenstechnischer Prozesse wie die Vor- und Nachbehandlung des Produktes, die Fördertechnik und die Strömungsführung.

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.

Eigenschaften von überhitztem Dampf

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.

Prinzip der Heißdampftrocknung

Das zu trocknende Gut wird einer Atmosphäre aus überhitztem Dampf ausgesetzt. Der Dampf überträgt die Wärme konvektiv an das Gut. Dieser Vorgang der Wärmeübertragung ist besonders effektiv, da Wasserdampf einerseits einen sehr guten Wärmeübergangskoeffizienten besitzt, andererseits auf Grund seiner niedrigen Viskosität das Gut sehr rasch penetriert. Hierdurch wird das Verfahren insbesondere bei porösen Schüttgütern sehr effektiv und führt zu einer nur kurzen Verweildauer im Trocknungsprozess. Der Heißdampf nimmt die aus dem Gut verdampfte Feuchte auf und kühlt sich durch Abgabe der Verdampfungsenergie ab. Die aus dem Gut aufgenommene Feuchte wird zu überschüssigem Dampf, welcher aus dem Trocknungsraum abgeleitet wird. Die abgegebene Verdampfungswärme wird der Dampfatmosphäre wieder zugeführt. Hierdurch wird die Temperatur der Dampfatmosphäre konstant gehalten und der Dampf bleibt überhitzt.

Die Dampfatmosphäre grenzt sich selbst über den Dichteunterschied gegen die umgebende äußere Luftatmosphäre ab. Unter Ausnutzung dieses Vorteils kann bei einer günstigen Führung des zu trocknenden Gutes die jeweils für das Produkt bestgeeignete Fördertechnik eingesetzt werden.

Vorteile

Thermodynamische Vorteile gegenüber der Trocknung mit Heißluft
Thermodynamische Vorteile gegenüber der Trocknung mit Heißluft.
  • Keine Schleusen und Absperrungen notwendig
  • 50 Prozent geringerer Energiebedarf und bis zu 80 Prozent reduzierte Trocknungszeit im Vergleich zur Heißlufttrocknung
  • 90 Prozent der zugeführten Energie rückgewinnbar
  • Kompakte Anlage und geringere Investitionskosten

Für sensible Produkte wie Lebensmittel ist die Trocknung mit überhitztem Dampf trotz der hohen erforderlichen Temperatur gut anwendbar. Aufgrund der nur kurzen Trocknungsphase sind ein Abbau der Inhaltsstoffe oder die Bräunung durch enzymatische Reaktionen nur in geringem Maß zu beobachten. Gleichzeitig führt die Heißdampftrocknung bei Temperaturen über 120 °C zu einer Hygienisierung des Trocknungsgutes.