Vertikal in die Zukunft

Der horizontale Schaufeltrockner wird zum Mischen und Trocknen sowohl von gut rieselfähigen Haufwerken als auch von zähen Teigen eingesetzt. Seine Vielseitigkeit basiert vor allem auf dem robusten Schaufelwerk, das in einem liegenden zylindrischen Behälter horizontal angeordnet ist. Die Schaufeln überstreichen die gesamte Behälteroberfläche und schaffen damit einen nahezu totraumfrei durchmischten Prozessraum. Die Entwicklung des Schaufeltrockners gilt inzwischen als abgeschlossen, die wesentlichen Nachteile der horizontalen Behälteranordnung wurden jedoch nicht beseitigt: Nach der Entleerung bleiben große Produktrückstände im Behälter, die automatisierte Reinigung (CIP) ist aufwändig. Die erforderlichen Sprühdüsen müssen entweder als ausfahrbare Lanzen konstruiert oder in Stutzen angeordnet sein. Letztere setzen sich erfahrungsgemäß häufig zu, die Wellenabdichtungen sind einem erheblichen Verschleiß ausgesetzt.

Versuche haben gezeigt, dass die genannten Probleme bei Apparaten mit stehendem Behälter und einer vertikalen Anordnung des Mischwerks nicht existieren. Dort fließt das Endprodukt beim Entleeren am tiefsten Punkt über die Entleeröffnung des – idealerweise konischen – Behälters aus. An den senkrechten oder geneigten Wandflächen und auf dem Mischwerk verbleibt im Vergleich zum Horizontaltrockner nur wenig Produktrückstand. Apparate mit einem Obenantrieb werden bevorzugt eingesetzt. Moderne Trockner kommen ohne zweite Lagerstelle aus, so dass die Wellendichtung stets oberhalb des Produktspiegels liegt. So kommt die Dichtung lediglich mit Schwebstoffen in Kontakt und erleidet praktisch keinen Verschleiß. Auch die Stutzen für die Zufuhr von Ausgangsprodukten, den Abzug der Brüden oder sonstige Zwecke befinden sich in sicherem Abstand vom Produktspiegel im Apparatedeckel. Hier setzt sich lediglich Staub ab, der schnell und einfach beseitigt werden kann. Dieser Vorteil fällt dort enorm ins Gewicht, wo hygienische Bedingungen herrschen und Verunreinigungen zuverlässig und reproduzierbar entfernt werden müssen.

Teigige oder zäh pastöse Produkte kleben am Mischwerk und rotieren um die Achse. Dieser Effekt tritt bei mehrgängigen Wendeln am deutlichsten auf. Selbst bei Kegelschneckenapparaten bewegt sich die Mischschnecke, nicht aber die überwiegende Produktmenge. Die ruhende Masse kühlt innen aus, die Verdampfung kommt zum Erliegen. Die Brüden entstehen nicht mehr an den freien Oberflächen, sondern müssen gegen den Widerstand des Haufwerks strömen. Die wandnahen Bereiche trocknen aus, bilden isolierende Schichten und neigen zur Überhitzung. Die Folge ist ein dramatischer Einbruch der Trocknungsgeschwindigkeit. Zu den Horizontaltrocknern gab es bei teigigen Produkten daher lange Zeit keine Alternative.

Um auch teigige Produkte in einem Vertikalapparat intensiv mischen zu können, hat Ekato Solidmix den vertikalen Prozess-trockner VPT entwickelt. Das Ekato-Isopas-Mischwerk wälzt das Produkt im Zusammenspiel mit einem Strombrecher rotationsfrei um und fördert es wandnah nach oben, wobei ein intensiver Kontakt mit den Wärmeübertragungsflächen des Behälters hergestellt wird. Im Zentrum entsteht eine Trombe, in der das Produkt nach unten abfließt. So ist die gesamte Produktmenge stets in Bewegung.

Das Feststofflabor von Ekato Solidmix hat beide Trocknertypen einer grundlegenden Untersuchung unterzogen. Um schwierigste Bedingungen zu schaffen, wurden die Versuche mit Kaolin durchgeführt. Koalin zeichnet sich als wasserfeuchter Filterkuchen durch eine ausgeprägte Umbruchphase, ein in der Teigphase zähes klebriges Fließverhalten und starke Agglomeratbildung aus. Getestet wurde im 50-l-Maßstab an einem horizontalen Schaufeltrockner (HST), einem konventionellen Vertikaltrockner für Schüttgüter (VST) und einem vertikalen Prozess-trockner (VPT). Die Feuchte im Schüttgutrocker nahm wegen der starken Rotation von Anfang an nur sehr langsam ab, so dass der Versuch abgebrochen wurde. Die Trocknungsgeschwindigkeit im Schaufeltrockner und im Prozesstrockner waren dagegen nahezu identisch. In beiden Apparaten wurde die Restfeuchte nach etwa gleicher Zeit erreicht.

Neben der thermodynamischen Leistungsfähigkeit eines verfahrenstechnischen Apparates interessieren besonders seine mechanischen Eigenschaften. Vergleicht man die Drehmomente, die zum Umwälzen des Produkts erforderlich sind, erkennt man beim vertikalen Prozesstrockner ein erheblich niedrigeres Niveau. Dies ist nicht verwunderlich, denn beim Eintauchen der Schaufeln verdichtet das Mischwerk des Horizontaltrockners stets das Produkt. Antriebseinheit, Lagerung und Wellendurchmesser müssen entsprechend dimensioniert werden, größere Antriebe und dickere Wellen werden benötigt. Neben den Betriebs- und Ersatzteilkosten macht sich dies auch bei den Investitionskosten bemerkbar.

Ekato Solidmix baut sowohl horizontale als auch vertikale Kontakttrockner für Lebensmittel, chemische und pharmazeutische Produkte. Mit der Entwicklung des vielseitig einsetzbaren vertikalen Prozesstrockners VPT ist es gelungen, die Lücke zwischen Vertikal- und Horizontaltrocknern zu schließen. Mit dieser Innovation lassen sich nun auch Produkte verarbeiten, die bisher Schaufeltrocknern vorbehalten waren. Das produktschonende Mischverhalten, die vollständige Entleerung, das CIP-fähige Design und die Anordnung der Dichtung oberhalb des Produktspiegels sind wichtige Kriterien für den VPT. Geringerer Platzbedarf und Investitionskosten sind weitere Argumente. Das gut ausgerüstete Feststofftechnikum der Ekato Solidmix ermöglicht Tests individueller Produkte auf verschiedenen Apparatetypen.

dei 437

Powtech 2005

Trocknen pharmazeutischer Wirkstoffe

Seminar: Trocknung in der Prozessindustrie