Trocknung und Torrefizierung mit überhitztem Wasserdampf

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In Trocknungsanlage mit überhitztem Dampf bei Atmosphärendruck getrocknete Lebensmittel.

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.

Effizientere Trocknung mit überhitztem Dampf

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.

Rebschnitt Torrefizierung
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Torrefizierung von Rebschnitt (links unbehandelt, rechts torrefiziert).

Torrefizierung mit überhitztem Dampf: Thermische Trennung von Reststoffen

In der Atmosphäre aus überhitztem Wasserdampf und somit unter Sauerstoffabschluss wird holzartiges Material bei Temperaturen von 220–300 °C behandelt. Das vorhandene Wasser wird ausgetrieben, danach zersetzt sich zuerst die Hemicellulose und anschließend ein Teil der Cellulose und des Lignins. Ziele bei der Torrefizierung sind die Erhöhung der massebezogenen Energiedichte und damit des Heizwerts des Rohmaterials, eine Steigerung der Transport- und Lagerfähigkeit sowie eine Reduzierung des technischen Aufwands bei einem nachfolgenden Zermahlen oder Pelletieren. Das resultierende Produkt gilt als ein idealer Zusatzbrennstoff für Kraftwerke mit Kohlestaubfeuerungen oder als Rohstoff für die biotechnische Raffinerie zur Herstellung von Chemieprodukten. Die flüchtigen Bestandteile, die sich während der Torrefizierung entwickeln, können vorsepariert und weiter als Rohstoff für die Herstellung chemischer Grundbausteine verwertet werden.

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.

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.

Für die verbesserte energetische und stoffliche Nutzung lignocellulosehaltiger Biomasse haben wir die Torrefizierung bis zum Pilotmaßstab erfolgreich demonstriert. Durch Austreiben der Hemicellulose wird das Gewicht erheblich reduziert und der spezifische Heizwert deutlich erhöht. Die torrefizierte Biomasse ist wasserabweisend und kann als offenes Schüttgut transportiert werden. Aus den bei der Torrefizierung entstehenden flüchtigen Substanzen lassen sich zudem Chemikalien gewinnen, die als Ausgangsmaterial für viele andere Industrieprodukte dienen.

Vorteile der Trocknung / Torrefizierung mit überhitztem Dampf

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.

Beispiele für getrocknete Güter

Beispiele für getrocknete Güter aus der Lebensmittel, Futtermittel und Rohstoffindustrie.

Leistungsangebot

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
Gerne erstellen wir Ihnen ein individuelles Angebot.

Rückgewinnung und Valorisierung des Kondensats

Leistungsangebot und Ausstattung

Diese Seite gibt Ihnen einen schnellen Überblick über unser FuE-Leistungsangebot und die technische Infrastruktur.

Referenzprojekte

SteamBio – Nutzung einheimischer Biomasse zur Herstellung von Rohstoffen für chemische und energetische Anwendungen

Laufzeit: Februar 2015 – Januar 2018 

In dem von der EU geförderten Projekt »SteamBio« wird ein Torrefizierungsprozess entwickelt, um Lignocellulose-Materialien, z. B. land- und forstwirtschaftliche Reststoffe, mit mobilen Anlagen lokal in den Regionen, in denen sie anfallen, so zu konditionieren, dass sie vollständig stofflich verwertet sowie optimiert transportiert, gelagert und verwertet werden können.

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HiPerDry – Energieeffiziente Trocknung mittels Mikrowellentechnologie

Laufzeit: Oktober 2013 – Dezember 2016

Mithilfe eines neuartigen Ansatzes, welcher Erwärmung mittels Mikrowellen und Konvektionstrocknung mit überhitztem Wasserdampf miteinander verbindet, soll in Zukunft eine signifikante Energie- und Zeiteinsparung bei der Granulattrocknung realisiert werden.

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DryCheck – Überwachung der Trocknungsvorgänge von Wurstwaren

Laufzeit: September 2011 – August 2013

Das DryCheck Projekt wird KMUs ein praktisches, multisensorisch-basiertes Tool mit einer benutzerfreundlichen Oberfläche und trotz fortschrittlicher Technologie zu einem bezahlbaren Preis bieten, um die Überwachung und Kontrolle der Qualität von trockenen, fermentierten Würsten während der Trocknung zu erleichtern.

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