Heißdampftrocknung: Kinetik, Auslegung und Wirtschaftlichkeit im Vergleich zur Heißlufttrocknung

IGF-Nr. 18971 BR

Methoden zum Vergleich der Kinetik der Heißdampftrocknung mit der Kinetik der Heißlufttrocknung wurden entwickelt und exemplarisch für zwei biogene Produkte, Holzkugeln und Reiskörner, angewendet. Diese Methoden umfassen:

1) Messungen der Trocknungskinetik für Einzelpartikel in einer Magnetschwebewaage, die somit erstmalig auch unter Bedingungen der Heißdampftrocknung eingesetzt wurde;

2) Modelle zur Berechnung der Einzelpartikeltrocknung in heißem Dampf oder in heißer Luft. Solche Modelle sind ausführlich und berücksichtigen alle für die Trocknung wesentlichen Transportmechanismen;

3) Messungen im absatzweise betriebenen Wirbelschichttrockner (übliche Bauart für sowohl die Heißluft- als auch die Heißdampfvariante), wobei es erstmalig gelang, den Verlauf der Trocknung in heißem Dampf per Probennahme zu verfolgen;

4) Modelle zur Berechnung der Wirbelschichttrocknung mit Dampf oder Luft. Ein wesentlicher Teil davon ist die Trocknungskinetik des Einzelpartikels, die auf den ganzen Trocknungsapparat integriert wird. Um diese Integration zu erleichtern, wurden Methoden zur Reduktion der ausführlichen Modelle der Einzelpartikeltrocknung auf einfache empirische Beziehungen gezielt entwickelt.

Mit den genannten Methoden ist es möglich auszusagen, ob, wann und um wie viel die Heißdampftrocknung schneller bzw. langsamer als die Heißlufttrocknung ist. Solche Aussagen lassen sich durch verschiedentlich definierte Inversionstemperaturen ausdrucken. Oberhalb der Inversionstemperatur hat die Heißdampftrocknung einen doppelten Vorteil: Sie ist schneller als die Heißlufttrocknung und sie erleichtert die Wärmerückgewinnung wesentlich. Jedoch ist die Inversionstemperatur oft für die Behandlung empfindlicher biogener Stoffe zu hoch. Unterhalb der Inversionstemperatur ist die Heißdampftrocknung zwar langsamer als die Heißlufttrocknung, sie kann aber dennoch aufgrund der leichteren Wärmerückgewinnung wirtschaftlich vorteilhaft sein. Die im Projekt entwickelten Methoden machen es möglich, in Anwendungsfällen auszurechnen, welcher kinetischer Nachteil der Heißdampftrocknung und welcher Umfang von Zusatzinvestitionen in die Wärmerückgewinnung wirtschaftlich tragfähig sind. Somit wird der Weg zu einem rationalen Einsatz der Heißdampftrocknung, einschließlich diverser hiermit verbundener Dienstleistungen durch KMU, in der Industrie geebnet.

 

Bearbeitet wurde das Forschungsthema von 12/2015 bis 09/2018 an der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg, Institut für Verfahrenstechnik, Lehrstuhl für Thermische Verfahrenstechnik (Universitätsplatz 2, 39106 Magdeburg, Tel. 0391 / 67-58782) unter der Leitung von Prof. Dr.-Ing. habil. Evangelos Tsotsas (Leiter der Forschungseinrichtung Prof. Dr.-Ing. habil. Evangelos Tsotsas)

 

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