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Sprühtrocknungsdüsen richtig auswählen, betreiben und warten

Optimierung von Sprühtrocknungsprozessen
Sprühtrocknungsdüsen richtig auswählen, betreiben und warten

Lechler_Sprühtrocknungsdüsen
Die Drymaster-Sprühtrocknungsdüsen eignen sich unter anderem für den Einsatz in der milchverarbeitenden Industrie Bild: Lecher
In den meisten modernen Sprühtrocknungsanlagen kommen für die Zerstäubung in die Trockenkammer Einstoff-Hochdruckdüsen zum Einsatz. Die richtige Auswahl der Sprühtrocknungsdüsen in Kombination mit fachgerechtem Betrieb und fachgerechter Wartung kann den Ertrag erhöhen, Stillstandzeiten verringern und somit die Anlagenleistung erhöhen.

Moderne Sprühtrocknungsanlagen laufen im 24/7-Betrieb. Ein unerwarteter Prozessstopp wegen verschlissener oder verstopfter Düsen und/oder Lanzen ist sehr kostspielig. Es empfiehlt sich daher, immer einen zusätzlichen Satz Sprühtrocknungsdüsen, die idealerweise auf einem zusätzlichen Lanzensatz montiert sind, bereitzuhalten, um diese bei Bedarf unverzüglich einsetzen zu können. Das hilft auch, wenn unerwartete Komplikationen beim Hochfahren des Sprühtrocknungsprozesses auftreten.

Bei CIP-Vorgängen mit konzentrierter Säure sollte der Düsenzusammenbau durch einen CIP-Adapter ersetzt werden, um sicherzustellen, dass die Hartmetallkomponenten einer klassischen Sprühtrocknungsdüse nicht vom CIP-Medium angegriffen werden. Alternativ eignen sich aber auch speziell für CIP-Prozesse entwickelte Düsen, beispielsweise die Sprühtrocknungsdüsen Drymaster von Lechler. Diese wurden speziell für die milchverarbeitenden Unternehmen sowie für die pharmazeutische Industrie entwickelt. In der Regel bestehen Mundstück und Dralleinsatz aus Hartmetall mit Kobaltbinder. Dieser löst sich bei Reinigungsprozessen mit hohem PH-Wert, beispielsweise durch Verwendung von Lösungen mit Natriumhydroxid, auf. Dadurch verkürzt sich die Lebensdauer dieser Bauteile deutlich. Lechler verwendet für seine Sprühtrocknungsdüsen der Drymaster-Serie deshalb einen Kobalt-freien Binder, der für CIP-Prozesse geeignet ist und so die maximale Einsatzdauer der Komponenten erhöht.

Dichtungen regelmäßig tauschen

Ein unerwarteter Dichtungsausfall führt unweigerlich zu einer Prozessunterbrechung, da die erforderlichen Sprühparameter nicht mehr erreicht werden können. Die Prozesskomponenten sind hohen Drücken und Temperaturen, chemischen Angriffen sowie teilweise mechanischen Beschädigungen ausgesetzt, die das Verschleißverhalten der Dichtungskomponenten beeinflussen. Daher sollten nach jedem Produktionslauf alle Dichtungen der Sprühtrocknungsdüse ausgetauscht werden. Das von Lechler angebotene Dichtungsset erfüllt die Anforderungen der FDA, der EU-Richtlinie 1935/2004 sowie des chinesischen Standars GB4806. Ein ebenfalls enthaltenes lebensmitteltaugliches Fett erleichtert zudem die Montage aller Komponenten.

Werkzeuglose Montage

Oftmals werden Adapter und Gehäuse von Sprühtrocknungsdüsen mithilfe von Werkzeugen verschraubt. Dabei besteht die Gefahr, dass die Verbindung zu stark angezogen wird, woraus ein Festfressen der metallischen Komponenten oder defekte Gewinde resultieren können. Die Drymaster-Baureihe ist so konstruiert, dass sie sich von Hand ohne Verwendung von Werkzeug montieren lässt. Das Düsengehäuse kann nur bis zu einer konstruktiv vorgegebenen Tiefe in den Adapter eingeschraubt werden, wodurch die Dichtungen automatisch optimal positioniert und vorgespannt werden. Die Formgebung des Gehäuses verhindert, dass Werkzeuge überhaupt angesetzt werden können und garantiert so ein personenunabhängiges Montageergebnis.

Düsenöffnung ist entscheidend

Die Öffnung des Düsenmundstückes hat einen großen Einfluss auf die Funktion des Sprühtrocknungsprozesses und damit auf die Qualität des Endproduktes. Kleine Durchmesserunterschiede wirken sich dabei stark aus: Bei 360 bar beispielsweise kann der Durchflussunterschied zwischen einer 2,0- und 2,1-mm-Düse 100 l pro Stunde betragen. Multipliziert mit der Anzahl der in Betrieb befindlichen Lanzen kann dies zu einer Volumenstromschwankung von über 1000 l pro Stunde führen. Mit voranschreitendem Verschleiß der Austrittsöffnung erhöht sich bei gleichbleibendem Betriebsdruck der Durchsatz je Düse. In gewissen Grenzen kann diesem Effekt durch Reduzierung des Arbeitsdruckes entgegengewirkt werden. Zwangsläufig ändert sich hierdurch auch die Geschwindigkeit des Sprays, die Tröpfchen verbleiben länger im Trockner und auch die von der Düse erzeugte Tröpfchengröße wird größer. Jede Sprühtrocknungsanlage ist einzigartig und die Grenze, ab welcher der Düsenverschleiß nicht mehr toleriert werden kann, ebenfalls. Die für Mundstück und Dralleinsatz der Drymaster-Baureihe eingesetzte Hartmetallsorte wurde speziell für die Maximierung der Standzeiten entwickelt. Es ist nicht nur besonders hart, sondern trägt durch eine speziell entwickelte Kornstruktur und eine spezielle Bindemittelkomponente zusätzlich zur Verlängerung der Standzeit bei.

Idealer Zeitpunkt für Düsenersatz

Beim Reinigen der Düsen empfiehlt es sich in regelmäßigen Abständen den Durchmesser des Mundstückes zu messen. Solange das produzierte Pulver noch innerhalb der gewünschten Spezifikation liegt, kann das Mundstück weiterverwendet werden. Sobald das Endprodukt nicht mehr die gewünschten Anforderungen erfüllt, sollte der Durchmesser erneut gemessen werden, idealerweise mit einem Mikroskop, da die Bohrung mit voranschreitendem Verschleiß auch oval werden kann. So lässt sich empirisch die maximale Lebensdauer ermitteln.

Komponenten richtig behandeln

Obwohl Mundstück und Dralleinsatz aus Hartmetall bestehen, sind diese Komponenten sorgsam zu behandeln. Werden sie fallen gelassen oder schlagen sie wegen unzureichender Verpackung aneinander, kann es zu Materialausbrüchen kommen. Ein solcher Ausbruch, egal wie groß, führt zu Streifen im Sprühbild, die wiederum zu einer lokal inhomogenen Tröpfchengrößenverteilung führen und damit direkt die Erträge mindern.

Abhängig von der Betriebsweise des Trockners bzw. des Zeitpunkts der Düsenreinigung befindet sich Sprühlösung in der Düse, die sich dort abgelagert hat und die internen Bauteile zusammenklebt. Werden die Teile in ein warmes Reinigungsbad, beispielsweise ein Ultraschallbad mit Zitronenlösung gelegt, lösen sich die Teile wie von alleine. Auf diese Weise lassen sich mechanische Schäden an den Bauteilen vermeiden.

Nachhaltigkeit ist ein Schlüsselthema in modernen Sprühtrocknungsanlagen. Daher bietet Lechler einen Hartmetallrecycling-Service an. Für zurückgeschickte Hartmetallkomponenten erhalten Kunden eine Gutschrift.

Lechler GmbH, Metzingen

Halle 4.0, Stand B23


Autor Neil Smith

Global Key Koordinator of Spray Drying,

Lechler

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