Trocknen in der Vertikalen

Der Autor: Matthias Böning Prokurist, Leiter Vertrieb, Amixon

Der Amixon-Trockner/Reaktor weist ein vertikal gelagertes Schraubenband-Mischwerkzeug auf. Dieses rotiert mit geringem Abstand zur Gefässwandung. Die hohe Äquidistanz des Mischwerkzeuges zu den vollständig beheizten Wandungen garantiert ideale Wärmeübertragung, Wandanhaftungen können so vermieden werden. Die besondere Formgebung des Mischwerkzeuges lässt die Trocknungsgüter totraumfrei verströmen. Ein besonderer Anwendernutzen resultiert aus dem Umstand, dass auch die gesamte Oberfläche des Mischwerkzeuges temperiert wird (die Mischwerkwelle, die schaufelartig geformten Arme und das Schraubenband).

Zwischenzeitlich hat Amixon über 30 Horizontalschaufeltrockner durch Vertikaltrockner ersetzt. Die Chargengrößen variieren von 50 bis zu 18 000 l. Betreiber von Vertikalkontakttrocknern bekunden einhellig, dass diese Vakuum-mischtrockner die üblichen Trocknungszeiten von Schaufeltrocknern um mehr als 40 % unterschreiten. Eingedenk dessen, dass der mechanische Energieeintrag (Antriebsleistung am Mischwerkzeug) wesentlich geringer ist, ist es naheliegend, dass der Wärme- und Stoffaustausch offensichtlich sehr effektiv stattfindet. Die Trocknungsgüter werden vom Schraubenband in der Peripherie des Mischraumes aufwärts gefördert und gleiten im Zentrum, der Schwerkraft folgend, abwärts. Statische Mischwerkzeuge verhindern die Rotation der Güter, indem sie mit dem rotierenden Mischwerkzeug kämmen.

Aktuell wird beobachtet, dass die Stoffsysteme komplexer werden und Synthesen in besonders korrosiven Flüssigphasen stattfinden müssen. Hier sind die klassischen austenitischen und ferritischen Edelstähle nicht mehr ausreichend gegen Lochfraß und Spannungsrisskorrosion resistent. Zumeist aber stehen nur Testanlagen zur Verfügung, die aus Edelstählen gefertigt sind. Insofern kann der Anwender neue Produkte und Verfahrenstechniken nicht erproben.

Amixon stellt für Anwenderversuche und Possibility-Tests Mischtrockner-/Reaktoren-Gesamtanlagen (Mischtrockner, Brüdenfilter, Kondensator, Sammelgefäß) aus dem Werkstoff Hastelloy C22 zur Verfügung in denen bis zu 300 l große Ansätze verarbeitet werden können. Dadurch können auch hoch korrosive Originalprodukte in der Testanlage verarbeitet werden, es muss nicht auf ein weniger korrosives Dummyprodukt ausgewichen werden. Die Mischtrockner und Reaktoren weisen darüber hinaus große hygienische Inspektionsöffnungen auf, die Apparate lassen sich bequem reinigen und prüfen.

Amixon verfügt über profunde praktische Erfahrungen zu verschiedensten Trocknungsgütern und -prozessen. Insbesondere wurde ein thermodynamisch basierendes Upscale-Programm erarbeitet, um von Versuchsresultaten sicher auf Resultate von Großtrocknern schließen zu können. Insofern kann der Hersteller anhand gewonnener Versuchsresultate Prozesszeiten vorhersagen und Verfahrensgarantien abgeben.

Im Verlaufe eines Trocknungsvorganges liegen nacheinander verschiedenste Konsistenzen vor: beginnend mit der pumpbaren Suspension verändert sich die Produkteigenschaft mit fortschreitendem Trocknungsgrad. Die Güter werden zunehmend schlecht fließend bis stichfest und sogar klebrig, zäh oder pastös. Anschließend werden die Güter krümelig und bilden Granulate, die später zerfallen, wenn die Feuchtigkeit weiter reduziert wird. Schließlich liegt ein feindisperses Pulver vor. Ausgeprägte zäh-pastöse Konsistenzen sind bei wässrigen Suspensionen vermehrt anzutreffen. Die Masse ist dann vergleichbar mit der Zähigkeit und Klebrigkeit von Kaugummi. Es liegen je nach Produkt klassische rheologische Phänomene vor wie strukturviskos oder dilatent. Dieser Zustand ist besonders schwierig und stellt hohe Stabilitätsansprüche an den Trockner. Am Mischwerkzeug anhaftend, möchte die Masse der Rotation des Mischwerkzeuges folgen. Das wäre jedoch ein K.o.-Kriterium, denn dann wäre der Stoff- und Wärmeaustausch unterbrochen.

Hier kommen typische Kneter-Eigenschaften des Trockners zur Anwendung, in dem statische und dynamische Mischwerkzeuge miteinander kämmen. Die Masse wird mit reduzierter Mischwerkdrehzahl auseinander gezogen, neue Oberflächen werden aufgeschlossen und getrocknet. Die auseinander gezogenen Stränge vereinigen sich anschließend wieder, um erneut auseinander gezogen zu werden. Die plastische Masse wird totraumfrei geknetet und effektiv getrocknet.

Eine andere Besonderheit stellen kristalline Güter dar, die zumeist abriebs- und bruchempfindlich sind. Insofern darf die Verströmung nur langsam und mit geringem Energieeintrag stattfinden. Andererseits muss Verdampfungsenergie ausreichend durch Kontakterwärmung in die Kristalle eingetragen werden. Auch hier arbeitet der Mischtrockner mit Umfangsgeschwindigkeiten unter 0,5 m/s totraumfrei.

Sowohl Antrieb und Lagerung, als auch die Abdichtung der Mischwerkwelle sind nur oberhalb des Mischraumes gelagert. Wärmedehnungen und mechanischer Stress haben keinen Einfluss auf die Gleitringdichtung. Hohe Überdrücke, wie auch Feinvakuen bis 10-3 mbar werden sehr leckagearm abgedichtet. Insofern ist die Umgebung des Mischtrockners sicher vor dem Inhalt der Reaktionsgüter geschützt, andererseits wird die Reinheit der Güter gewahrt und Betriebskosten werden gesenkt.

Die Apparate genügen den aktuellen EHEDG-Richtlinien und sind darüber hinaus GMP- und FDA-konform ausgeführt. Sie sind in allen Bereichen der Chemie und der Pharmazie einsetzbar, insbesondere für sterile Verfahren. Homogenisierprozesse können beispielsweise auch für tiefgefrorene Güter bei Temperaturen unter -45 °C stattfinden.

Washing-in-place-Waschköpfe werden automatisch in den Prozessraum eingefahren, ohne dass eine Kontamination mit der Umgebung stattfinden kann. Die Waschköpfe bestrahlen systematisch alle produktberührten Oberflächen des Reaktors bei langsam drehendem Mischwerkzeug. Anschließend fahren die Waschköpfe aus dem Reaktor heraus und verschließen den Prozessraum totraumfrei, druckdicht und vakuumdicht.

Der Boden des Mischtrockners kann konisch gestaltet sein, wenn der Anwender im selben Mischtrockner alternativ kleine und große Chargen verarbeiten will; beispielsweise 200 bis 2000 l. Hier wird das Mischwerkzeug der konischen Kontur des Mischraumes angepasst. Die Schraubenbänder sind dann als „sliding blades“ ausgeführt. Unter Aufrechterhaltung des Strömungsprinzips werden die Güter in jedem Fall ideal vermischt und schnell getrocknet. In der Praxis wurden nach der Entleerung aus einem 2000-l-Apparat 100 g Restmenge ermittelt. Das entspricht einem Restentleergrad von 0,05 %.

Sofern ein Mischtrockner für pharmazeutische Güter verwendet wird, kann Amixon auf Wunsch die Qualifizierung durchführen. In Zusammenarbeit mit dem Fertigungsleiter werden dann die klassischen DQ-, IQ- und OQ-Dokumente aufbereitet und Reinigungsvalidierungen anhand verschiedener Produkte vorgenommen.

prozesstechnik-online.de/cav0613401