Horizontaler Dünnschichttrockner

Der Autor: Wolfgang Hinz Verkaufsleiter, Buss-SMS-Canzler, Schweiz

Die Entwicklung der Dünnschichttrockner geht auf die grundlegenden Arbeiten der Firma Luwa AG, Zürich, auf dem Gebiet der Dünnschichtverdampfer zurück. Die Trocknerentwicklung war eine Ausdehnung des Prinzips der dünnen Schicht von flüssigen Anwendungen auf Feststoffanwendungen.

Unter Dünnschichttrocknern lassen sich alle Apparate für den indirekten Wärmeaustausch zusammenfassen, die in der Behandlungszone mit dünnen, mechanisch intensiv beeinflussten Produktschichten arbeiten.

Dünnschichttrockner bestehen aus einem horizontalen, außen beheizten Körper mit Stutzen für Produkt, Brüden und Heizmittel sowie einem Rotor. Der nicht beheizte Rotor ist mit mehreren Reihen von Rotorblättern bestückt. Diese können feststehen, wie z. B. bei dem horizontalen Dünnschichttrockner, oder beweglich sein, wie bei dem vertikalen Dünnschichttrockner.

Das Produkt wird von den Rotorblättern in einer dünnen Schicht auf die Heizwand aufgetragen. Die Schichtdicke ist definiert durch den Abstand zwischen der Rotorblattspitze und der Heizwand. Vor dem Rotorblatt bildet sich eine Bugwelle aus, die in sich sehr stark bewegt ist. Beim Durchgang des Produktes durch den Spalt entsteht eine zusätzliche starke Turbulenz, der eine ruhigere Filmzone folgt. Die Verdampfung der flüchtigen Komponenten erfolgt permanent aus dem Film heraus in das freie Volumen zwischen den Rotorblättern und wird abgesaugt. Die typischen Spaltabstände liegen im Bereich von 3 bis 5 mm bei den horizontalen Trocknern. Die Rotorblätter berühren die Heizwand nicht, verhindern jedoch trotzdem, in den meisten Fällen, eine Verkrustung der Heizfläche, wie sie beim Verdampfen von Flüssigkeiten, die Feststoffe enthalten, entstehen kann.

Das Nassprodukt wird mit geeigneten Förderorganen (meistens Pumpen oder Schnecken) in den Trockner eingespeist und von den Rotorelementen in eine Rotationsbewegung versetzt. Die Umfanggeschwindigkeit ist so gewählt, dass möglichst der gesamte Umfang vom Produkt benetzt wird. Die Rotorelemente erzeugen eine hohe Turbulenz in der dünnen Schicht und bewirken, dass die einzelnen Teilchen möglichst oft mit der Heizfläche in Kontakt kommen. Gleichzeitig wird das Produkt gut durchmischt, sodass ein rascher Temperaturausgleich erfolgt.

Die Verweilzeit des Produktes im Trockner lässt sich bei gegebener Speisemenge und Rotordrehzahl durch die Art der verwendeten Rotorelemente beeinflussen. Für die Auswahl der Art der Rotorelemente zur Rotorbestückung ist nicht nur der Zustand des Nassgutes, sondern vor allem das Verhalten des Produktes während dem Trocknungsprozess maßgebend. Mit der Beschaufelung lassen sich örtlich verschiedene axiale Fördergeschwindigkeiten für das Produkt erzielen.

Die Beheizung des Mantels kann in verschiedenen Temperaturzonen erfolgen. Die Brüden werden im Gegenstrom zum Produkt transportiert. Dadurch wird ein gewisser Rückhalt von feinen Partikeln beim Passieren der Nassgutzone erreicht, was sich positiv auf den Feststoffgehalt in den Brüden auswirkt.

Zu den konstruktiven Details sei hier nur erwähnt, dass die Wellenabdichtung mit Stopfbuchsen oder Gleitringdichtungen erfolgt.

Auffallend ist der große Temperaturanwendungsbereich des horizontalen Dünnschichttrockners – durch den Einsatz der induktiven Beheizung Indutherm konnte dieser wesentlich nach oben erweitert werden. Als Alternative zu der induktiven Beheizung kommt auch eine Beheizung mit verflüssigten Salzgemischen als Wärmeträger infrage.

Der Druckbereich ist vom Vakuum bis zu Systemen mit Überdruck möglich. In der Praxis sind Systeme mit internen Drücken über 1 bar jedoch eher selten. Die meisten Prozesse laufen bei atmosphärischem Druck ab.

Der Temperaturbereich oberhalb von 400 °C eröffnet weitere Anwendungen. Reaktionen, auch exotherme, und Kalzinierung können in diesem Bereich gefahren werden. Um die Einsatzgebiete des Trockners genauer eingrenzen zu können, sollten noch weitere Gesichtspunkte beachtet werden, wie:

Neben der traditionellen Trocknung kommt der horizontale Dünnschichttrockner auch zur Kalzinierung, Kühlung und Schmelzung verschiedenster Produkte zum Einsatz.

Da der Trockner in einer dünnen Schicht arbeitet, sind diese Verweilzeiten für viele Produkte ausreichend. Die dünne Schicht schafft außerdem entscheidende Vorteile, wie:

Wie aus dem vorher erwähnten Anwendungsspektrum hervorgeht, eignet sich der Dünnschichttrockner sehr gut zur Kühlung von größeren Pulvermengen.

Dem Trend der Industrie folgend wurde die Eindüsung über die rotierende Welle mittels einer bzw. mehrerer Düsen entwickelt. Mit dieser Einrichtung lassen sich viele zusätzliche Aufgaben lösen, wie z. B. die Eindüsung von spontan verdampfenden Lösemittelgemischen, die Zuführung von gelösten Additiven zum Trockengut oder die Mischung von zwei Stoffen.

Für die Durchführung von Kundenversuchen steht uns ein großes, vielseitig eingerichtetes Technikum in Pratteln/Schweiz zur Verfügung. Die Arbeit im Technikum wird unterstützt durch ein chemisch analytisches Labor am gleichen Ort, das bei Bedarf hinzugezogen wird. Dank der Entwicklung eines extrem kleinen Labortrockners können bereits mit kleinen Mustermengen (ca. 200 g) sehr gute Aussagen über die Machbarkeit getroffen werden.

Die Ergebnisse der Pilotversuche dienen zur Auslegung der Produktionsanlage und als Basis für die verfahrenstechnischen Garantien.

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