Trommel oder Fließbett: Verschiedene Lieferanten von Trocknungsanlagen bewerben in teilweise scharfem Wettbewerb jeweils die Techniken ihres eigenen Lieferprogramms. Das hat bei den Anwendern zu Verunsicherungen bei der Auswahl des richtigen oder optimalen Trocknungssystems geführt. Dieser Beitrag schafft im Streit der Systeme ein großes Stück mehr Klarheit.
In der Praxis steht häufig die Frage im Raum, ob sich für eine spezifische Trocknungsaufgabe eher Trommeltrockner (Drehrohr-Prinzip) oder Fließbett-Trockner (Wirbelschicht-Vibrations-Prinzip) eignen. Während sich in einigen Fällen beide Techniken in ihrer Anwendbarkeit überschneiden, gibt es auch Fälle, welche den einen oder den anderen Trocknertyp favorisieren.
Allgaier verfügt über die Erfahrung vieler Referenzanwendungen für sein breites Lieferprogramm unterschiedlicher Trocknungstechniken und bietet sowohl Fließbett- als auch Trommeltrockner-Anlagen verschiedener Bauart an und kann belastbare Empfehlungen für eine optimale und auf den speziellen Anwendungsfall zugeschnittene Trocknungstechnik geben. Der tabellarische Vergleich der technischen Daten zeigt deutlich, dass bei der Wahl des Verfahrens produktspezifische Kriterien ebenso eine Rolle spielen wie prozessrelevante. Hinzu kommen individuelle Bedingungen am Einsatzort.
Trommeltrockner werden seit vielen Jahrzehnten zur Trocknung unterschiedlichster Güter eingesetzt. Die Trocknerart hat sich in der Bau-, Mineral- und Rohstoffstoffindustrie weitgehend durchgesetzt, wobei hier für spezielle Anwendungen seit ca. zwei Jahrzehnten auch Vibrations-Wirbelschicht-Trockner, so genannte Fließbett-Trockner-Anlagen als Ergebnis einer Reihe von Sonderanwendungen installiert worden sind. Zeitgleich wurden auch Trommeltrockner technisch weiterentwickelt. Speziell für Anwendungen in der Mineralstoffindustrie bieten sich damit energetisch besonders effiziente Möglichkeiten des Einsatzes. Hinzu kommt, dass der Trommeltrockner-Einsatz eine besonders robuste und störungsunempfindliche Lösung darstellt.
Funktionsprinzipien von Trommeltrocknern
In Trommeltrocknern wird der Feststoff durch die Drehung der Trommel und die Förderwirkung der Trommeleinbauten bewegt. Ältere Trommeltrockner wurden zur Unterstützung des Feststofftransportes meist mit einer geringen Neigung gebaut, während moderne Bauarten nach dem System Mozer fast ausschließlich waagerecht aufgestellt werden.
Hubschaufeln nehmen den feuchten Feststoff vom Grund der Trommel auf und lassen ihn nach dem Heben wieder fallen. Dadurch wird der Kontakt der heißen Trocknungsluft mit dem feuchten Feststoff optimiert.
Zur Beheizung der Trocknungsluft für Anwendungen in der Mineralstoffindustrie kommen in der Regel Gas- oder Leichtöl-Brenner zum Einsatz. Die Verbrennungsgase werden mit einem Anteil Umgebungsluft auf mittlere Trocknungslufttemperaturen zwischen 600°C und 900°C gemischt.
Für thermisch unempfindliche Güter wie Quarzsand kann die Flamme direkt in der sich drehenden Trommel ausbrennen. Bei der Trocknung temperaturempfindlicher Stoffe wie Kalkstein, Ton, Bentonit oder organischen Stoffen kommen Brennkammern zum Einsatz. Brennkammern werden auch beim Einsatz von Heizöl (Diesel) statt Erdgas verwendet, damit es zu einem schadstoffarmen und rußfreiem Ausbrand des Heizöls kommt. Insgesamt ist der technische Aufwand zur Beheizung von Trommeltrocknern gering. Auch die Abluftverrohrung einer Trommeltrockneranlage ist vergleichsweise einfach gestaltet, da nur von einem Punkt des Trocknergehäuses abgesaugt werden muss.
Trommeltrockner werden für Feststoffbehandlungen zwischen 5 und 150 t/h gebaut. Vorteilhaft ist ihre weitgehende Unempfindlichkeit gegen Schwankungen der Eintrittsfeuchte, des Durchsatzes, der Körnung oder gegen den Eintrag unerwünschter Grobstücke. Selbst bei einem Stromausfall kann meistens direkt nach wieder anliegender Stromversorgung weiter gefahren werden.
Trommeltrockner eignen sich sowohl für feine Sande aber auch für grobe und sehr grobe Schüttgüter, wobei bei einem Wechsel der Produkte die Luftmenge nicht zwingend angepasst werden muss. Auch bei einem Ausfall der Trocknungsluft wird der Feststoff im Trommeltrockner durch die Drehung der Trommel zuverlässig weiter gefördert. Hinzu kommt als positives Argument die Toleranz von Trommeltrocknern gegenüber Bedienfehlern, die ihren Einsatz auch in strukturell weniger gut entwickelten Gebieten prädestiniert. Hinzu kommt, dass der Aufwand für eine Automatisierung der Trocknersteuerung vergleichsweise gering ist. Wegen des verhältnismäßig einfachen Aufbaus können Betreiber verschiedene Montagearbeiten beim Aufbau der Trommeltrockner-Anlage in Eigenleistung übernehmen und im Normalfall kann eine Trommeltrockneranlage in relativ kurzer Zeit in Betrieb genommen werden.
Trommeltrockner nach System Mozer
Allgaier hat mit dem System Mozer verschiedene, bewährte Trommeltrocknertechniken im Lieferprogramm, die sich durch eine energetisch sehr effiziente Betriebsweise auszeichnen. Ein wesentlicher Faktor für die effektive Nutzung der Heizenergie ist die optimale Gestaltung der Trocknereinbauten, die einen bestmöglichen und intensiven Kontakt zwischen dem zu trocknenden Feststoff und dem Trocknungsgas gewährleisten. Dazu ist es notwendig, dass das Trocknungsgas beim Durchströmen der Trommel den Feststoffschleier ausreichend oft durchströmt. Das Material muss also immer wieder durch die Hubschaufeln aufgenommen und erneut verrieselt werden.
Der optimale Gas-Feststoff-Kontakt ergibt sich durch die Gestaltung der Trocknereinbauten in Zusammenhang mit der richtigen Länge des Trockners sowie dem optimalen Füllgrad der Trommel. Hunderte realisierter Referenzanlagen bilden die Basis für eine Vielzahl von Varianten bei der Gestaltung der Einbauten und des optimalen Trocknerdesigns, welches die thermodynamische Bilanzierung des Trocknungsprozesses, aus dem die Luftmenge und die Heizleistung zur Realisierung der gewünschten Wasserverdampfungsleistung und des Feststoffdurchsatzes hervorgehen, ergänzt.
Einbauten wie auch die Trommel selbst werden aus dickwandigem Stahl hergestellt, um eine für die Mineralstoffindustrie geeignete, sehr robuste und langlebige Ausrüstung zu erhalten. Durch eine geeignete Gestaltung der Einbauten können selbst sehr abrasive Materialen getrocknet werden. Bei abrasiven Gütern wird zudem darauf geachtet, dass der Feststoff möglichst nicht oder nur wenig auf den Hub- und Leitschaufeln gleitet sowie beim Herabfallen auf ein Materialbett fällt. So lassen sich auch für stark abrasive Feststoffe sehr langlebige Trommeltrockner-Lösungen realisieren.
Insbesondere bei neuen Produkten oder spezifischen Besonderheiten der zu trocknenden Feststoffe wird das Trocknerdesign durch Versuchsergebnisse abgerundet, welche im Allgaier-Technikum gewonnen werden. Die zur Verfügung stehenden Versuchstrockner haben eine ausreichende Größe, um ein kundengerechtes scale-up zu gewährleisten.
Trockner haben allgemein immer dann einen spezifisch geringen Heizenergiebedarf, wenn der Prozess mit möglichst hohen Lufteintrittstemperaturen betrieben werden kann. Aus hohen Heißgastemperaturen resultieren geringe Trocknungsluftmengen und damit geringe mit der noch warmen Abluft abgegebene Wärmeverluste. Aus diesem Grund arbeiten Trommeltrockner mit den in der Mineralstoffindustrie üblichen Heißgastemperaturen bis 900°C sehr effizient, obwohl die Ablufttemperaturen meist leicht höher liegen als bei Fließbett-Trocknern.
Ein besonderer Vorteil von Trommeltrocknern besteht darin, dass bei einer signifikanten Minderleistung neben der automatischen Abregelung der Heißgaseintrittstemperatur auch die Trocknungsluftmenge auf den verminderten Durchsatz angepasst werden kann. Durch die Reduzierung der Trocknungsluftmenge kann dann die Heißgastemperatur hoch bzw. nahe dem Auslegungspunkt gehalten werden. So bleibt auch bei Minderlast der geringe spezifische Brennstoffbedarf erhalten. Der spezifische Energiebedarf von Trommeltrocknern ist deshalb gering und liegt bei nur etwa zwei Drittel des Energieverbrauches eines Fließbetttrockners. Fließbett-Trockner müssen schließlich auch bei Minderleistung die volle Trocknungsluftmenge beibehalten, um den Feststoff zu fluidisieren.
Trommeltrockner nach dem System Mozer stehen in einschaliger Bauweise (Durchlauftrockner), wegen der waagerechten Ausrichtung aber auch als Zweizug-Trockner und als Dreizug-Trockner zur Verfügung. Der Einsatz von Zwei- oder Dreizug-Trocknern kann von den Platzverhältnissen und der notwendigen Feststoffverweilzeit abhängig gemacht werden.
Sollen die zu trocknenden Feststoffe nach der Trocknung sofort gekühlt werden, empfiehlt sich der Einsatz eines zweischaligen Trockners zur kombinierten Trocknung und Kühlung. Die Trocknung findet dann nur im inneren Trommelrohr statt. Der getrocknete und warme Feststoff fließt aus der Innentrommel in die äußere Schale und wird durch entsprechend geformte Hub- und Leitschaufeln zurück gefördert, während angesaugte kalte Umgebungsluft den Feststoff im Gegenstrom kühlt.
Mit dem System Mozer-TK, das TK steht für trocknen-kühlen, lassen sich gekühlte Trockenguttemperaturen von ca. 55°C bis 60°C erreichen, was in den meisten Anwendungen der Bau- und Mineralstoffindustrie und speziell der Fertigmörtelindustrie ausreichend ist. Werden noch niedrigere gekühlte Feststofftemperaturen gefordert, kommt eine separate Kühltrommel, ein nachgeschalteter, wassergekühlter Kontaktkühler oder ein Fließbett-Kühler zum Einsatz.
Eine energetisch besonders effiziente Trocken-Kühltrommel ist das System Mozer-„TKplus“, welches vorwiegend zur Trocknung und Kühlung von Quarzsanden zum Einsatz kommt. Im Unterschied zum System TK wird die Kühlung des Sandes nicht mit Umgebungsluft erreicht, sondern durch die Zumischung eines Anteils feuchten Sandes in den bereits getrockneten warmen Sand nach Durchlaufen der Innentrommel. Die Kühlung des Sandes wird durch die Verdunstung des Wassers aus dem zugemischten Feuchtgut bewirkt, wobei der zugemischte Feuchtsand durch die in der getrockneten Feststoff-Hauptmenge gespeicherte Wärme ebenfalls getrocknet wird.
Das Feuchtgut wird bei der „TKplus“ beidseitig aufgegeben. Das Verhältnis zwischen beiden Feststoffströmen liegt abhängig von der Eintrittsfeuchte des Sandes zwischen etwa 80 und 90% Hauptmengenstrom in Relation zu 10 bis 20% zugemischten Feststoffstrom. Durch diese Trockner-Kühler-Variante lässt sich der Brennstoffbedarf der Trocknung um etwa 15 % reduzieren.
Wenn auch der apparative Aufwand einer „TKplus“ im Vergleich zu einer TK wegen der notwendigen Aufteilung des Feuchtgutstromes höher und die Gesamtanlage in der Anschaffung damit etwas teurer ist, amortisiert sich die Investition wegen der Energieeinsparung doch zügig und spart langfristig Kosten.
Eine ebenfalls energieeffiziente Sonderanwendung stellt die patentierte Trocken-Reinigungs-Trommel Mozer-TRH dar. Das System zur Trocknung von Kalkstein ist gefragt, wenn neben der Trocknung ein gleichzeitiger Reinigungseffekt erreicht werden soll. Im Mozer-TRH wird der häufig mit Ton oder Lehm verschmutzte Kalkstein in einem aufgeweiteten Bereich des Trockners am Ende der Trommel verweilt. Von dem in der Trommel vor- und in dem aufgeweiteten Bereich durchgetrockneten Kalkstein lösen sich die ton- oder lehmhaltigen Verschmutzungen bei erhöhten Temperaturen ab, Die Verunreinigungen werden mit der Abluft ausgeblasen oder über eine nachgeschaltete Siebung abgetrennt. Bei geeigneten Kalksteinsorten kann so auf eine separate Waschung verzichtet werden, wodurch eine bedeutende Energieeinsparung erzielt wird.
Funktionsprinzipien von Fließbetttrocknern
Der Feststofftransport in Fließbetttrocknern basiert auf der Fluidisierung des Feststoffes durch die aufwärts gerichtete Trocknungsluft. Bei einer gut fluidisierten Wirbelschicht wird der gesamte Feststoff durch die Luftströmung in einen quasi-flüssigen Zustand versetzt und läuft am Ende des Trockners in genau der Menge über ein Überlaufwehr wie feuchter Feststoff am Trocknereintritt zugeführt wird. Das Überlaufwehr ist höhenverstellbar ausgeführt und ermöglicht so eine Anpassung der Feststoffverweilzeit. Im Idealfall werden in einer Wirbelschicht alle Feststoffpartikel ständig vom Luftstrom umströmt, wodurch hohe spezifische Trocknungsraten bzw. relativ kleine Trocknerabmessungen möglich werden.
Da dieser Idealzustand in der Praxis aber nur selten erreichbar ist, werden Fließbetttrockner zur Unterstützung der Feststofffluidisierung als Vibrationstrockner gebaut. Durch die Vibration werden auch grobe, durch den Luftstrom selbst nicht fluidisierbare Grobpartikel gefördert. Dies hat jedoch Grenzen. Je nach Kornverteilung und Schüttdichte des zu trocknenden Feststoffes ist der Einsatz von Fließbetttrocknern nur bis Körnungen von etwa 6, maximal 8 mm zu empfehlen. Grobgut kann sich ansonsten im Trockner akkumulieren, da es nicht über das Stauwehr am Trocknerende abfließen kann. Führt man z.B. durch eine Produktionsumstellung wesentlich gröbere Feststoffe zu, kann die Fluidisierung zusammenbrechen. Ein effizienter Trocknerbetrieb wird dann unter Umständen unmöglich.
Generell sind die Luftanströmböden mit ausreichend hohem Druckverlust auszulegen, um eine gute Gleichverteilung der gesamten Trocknungsluft über die komplette Anströmfläche zu erreichen. Die Ventilatoren für die Trocknungsluft müssen also eine hohe Pressung aufweisen. Andernfalls sucht sich die Luft den Weg des geringsten Widerstandes durch die Feststoffschüttung im Trockner, was zu einer schlechten Durchströmung führt. Aus diesem Grund haben Fließbett-Trockner einen auf die Feststoffleistung bezogenen, höheren Elektroenergieverbrauch (ca. 150 % eines Trommeltrockners).
Durch die ständige Umströmung eines jeden Feststoffpartikels mit Luft, können empfindliche Feuchtgranulate aus Granuliertellern oder Mischer-Granulatoren sehr schonend in Wirbelschichten getrocknet werden. Fließbetttrockner werden wie Trommeltrockner meist durch ein Konstant-Halten der Temperatur der Trocknerabluft geregelt. Ein Regelkreis beeinflusst abhängig von der Ablufttemperatur den Wärmeeintrag des Lufterhitzers in die Trocknungsluft und reagiert so auf schwankende Mengen oder Wassergehalte des zugeführten Feuchtgutes.
Da die Trocknerabluft im engen Zusammenhang mit der Feststofftemperatur am Trocknerende steht und diese über die Sorptionseigenschaften eines jeden Feststoffes deren Restfeuchte bestimmt, lassen sich jederzeit konstante Restfeuchten des zu trocknenden Feststoffes gewährleisten.
Allerdings steigt der spezifische Brennstoffbedarf je Tonne Trockengut an, wenn bei dauerhaft geringerer Eintrittsfeuchte oder Menge des zu trocknenden Feuchtgutes die Trocknungsanlage nicht in seinem der ursprünglichen Auslegung entsprechenden Leistungspunkt betrieben wird.
Da die Luftmenge in einem Fließbetttrockner wegen der notwendigen Feststoff-Fluidisierung konstant gehalten werden muss, geht mit der Abluft also trotz geringerer Anlagenleistung immer die gleiche absolute Wärmemenge verloren. So bleibt der Energieverbrauch von Fließbett-Trocknern auch im Teillastbetrieb konstant und führt zu erhöhten spezifischen Energieverbräuchen.
Fließbettrockner sollten also möglichst immer bei konstanten Bedingungen und möglichst immer nahe der ausgelegten Volllast betrieben werden. Da in der Mineralstoffindustrie häufig über den Jahresverlauf mit schwankenden Feuchten der zu trocknenden Feststoffe zu rechnen ist, gilt es in der Planungsphase einen guten Kompromiss zwischen der gewünschten maximalen Feststoffleistung und der erwarteten durchschnittlichen Anfangsfeuchte der Güter zu finden. Ein Anlagendesign mit Reserven der Feststoffleistung sowie der Anfangsfeuchte ist bezüglich des späteren spezifischen Energieverbrauches meist kontraproduktiv.
Beheizt werden Fließbetttrockner durch in den Luftkanal des Zuluftsystems eingebaute Heißlufterzeuger. Bei Verwendung von Erdgas eignen sich besonders Flächenbrenner, die wegen der leichten Bauweise wenig Wärme speichern und schnell auf Regelsignale reagieren. In der chemischen und Recycling-Industrie kommen häufig dampfbeheizte Wärmetauscher zum Einsatz.
Trockner-Kühler-Varianten lassen sich in Fließbetten komfortabel realisieren, indem Umgebungsluft in eine zusätzliche Kühlzone geführt wird. Der Trockner wird dadurch länger und benötigt neben dem Ventilator für die Trocknungsluft einen zusätzlichen Ventilator für die Kühlluft. Auf diese Weise ist es möglich, Trockenguttemperaturen von z.B. 40 oder gar 30°C zu erreichen.
Nicht vergessen werden darf allerdings, dass auch die Kühlung sowohl die Anlage in der Investition verteuert als auch Energie verbraucht. Wichtig ist, immer nur auf für die nachfolgenden Prozesse technologisch unbedingt notwendigen Temperaturen zu kühlen.
Eine sinnvolle Möglichkeit zur Energierückgewinnung bietet sich bei Fließbetttrocknern durch die Rückführung der warmen, gefilterten Abluft der Kühlzone zur Verwendung als vorgewärmte Trocknungsluft – insbesondere dann, wenn eine gute Balance zwischen der Menge der Trocknungsluft und der Menge der Kühlluft erreicht werden kann. Im Idealfall kann so die komplette Wärme aus der Feststoffkühlung für die Trocknung verwendet werden. Der Energieverbrauch sinkt dann um den Anteil Brennstoff, der ohne Abluftrückführung zur Aufwärmung von Umgebungsluft auf die Temperatur der rückgeführten Kühlerabluft notwendig wäre.
Sorgfältige Auslegung ist von Bedeutung
Bei allen Trockner-Kühler-Varianten tritt eine erste Kühlung des warmen Feststoffes unmittelbar nach der Trocknung dadurch auf, dass nach Eintritt des warmen Feststoffes zunächst eine Restmenge Feuchtigkeit verdampft. Die Nachtrocknung im ersten Bereich der Kühlzone erfolgt durch die noch im Feststoff gespeicherte Wärme – ähnlich wie bei der Trocken-Kühltrommel TKplus.
Eine optimale Balance ergibt sich in vielen Anwendungen der Mineralstoff-Trocknung schon bei einer Trocknungslufttemperatur von ca. 400°C und einer Kühlung des getrockneten Feststoffes auf beispielweise 45°C. In der Regel ist es nicht sinnvoll, Fließbetttrockner auf überhöhte Trocknungslufttemperaturen bis 600°C auszulegen. Die Kühlerabluft kann dann meist nicht komplett als Trocknungsluft zurück geführt werden.
Mit einer sehr hohen Temperatur der Trocknungsluft reduziert sich zwar die notwendige Trocknungsluftmenge und verkleinert damit die Trocknerquerschnitts- bzw. Anströmfläche. Allerdings ist in einem kleineren Trockner auch die Verweilzeit des Feststoffes in der Trocknungszone geringer.
Bei einer Veränderung der Trockenguteigenschaften kann deshalb leicht eine kritische Grenze unterschritten werden. Ein weiteres Argument gegen zu hohe Trocknungslufttemperaturen bei Fließbetttrocknern sind deren eher dünnwandige Apparatekonstruktionen sowie die Notwendigkeit der Schwingungsentkopplung durch flexible Verbindungen (Kompensatoren) zwischen lufttechnischer Verrohrung und Trockner. Zu hohe Temperaturen in Verbindung mit den ständigen Belastungen durch die Apparatevibration können mittelfristig zu Materialversagen führen.
Energetisch optimale Energieverbräuche werden bei Fließbetttrocknern besonders dann ermöglicht, wenn aus verschiedenen Gründen nur geringe Trocknungslufttemperaturen möglich sind. Damit sind Fließbetttrockner besonders in der chemischen Industrie sowie zur Verarbeitung oder dem Recycling temperaturempfindlicher Produkte sinnvoll einzusetzen.
Für neue Anwendungen und Produktentwicklungen steht interessierten Kunden im Allgaier-Technikum eine Vibrationstrockner-Anlage zur Verfügung, die professionelle Versuche und ein sicheres scale-up aus den gewonnenen Daten ermöglicht.
Vergleich der Trockner-Typen
Ein abgebildetes tabellarisches Beispiel verdeutlicht die Unterschiede zwischen den technischen Daten und den Energieverbräuchen einer Trommeltrockner-Anlage System Mozer TK und einer Fließbetttrockner/Kühler-Anlage. Bewusst wurde eine Anwendung ausgewählt, für die aus rein technischer Sicht (angestrebte Trockenguttemperatur) sowie aus Sicht der Feststoffkörnung (0/4 mm) sowohl ein Fließbett-Trockner als auch eine Trommeltrockner zum Einsatz kommen könnte.
Tabelle 1
(siehe Bildleiste unten)
Beim Fließbett-Trockner wird zur Optimierung des Wärmebedarfes eine Rückführung der warmen Abluft aus der Kühlzone als vorgewärmte Trocknungsluft angenommen.
Das energetisch besonders effiziente System Mozer „TKplus“ erreicht neben dem dargestellten geringen Elektroenergieverbrauch sogar noch geringere Brennstoffverbräuche als das hier betrachtete System TK von knapp über 7 m/h i.N. (bei 7% Eintrittsfeuchte des Sandes).
Da hier prinzipiell sowohl ein Fließbett- als auch ein Trommeltrockner zum Einsatz kommen könnte, sollte nach solchen Kriterien entschieden werden wie:
-zu erwartende Konstanz der Produktionsbedingungen
o Durchsatz, Feuchte, Körnung
-Preisrelation der Energieträger (Elektroenergie / Erdgas)
-Infrastruktur am Aufstellort
-Ausbildungs- und Organisationsgrad des Betreiberpersonals
-Eigenleistungen vor Ort.
Die Investitionshöhe für eine komplette, vollständig errichtete Trommeltrockner- oder Fließbetttrockner-Anlage inklusive elektrischem Steuer- und Regelsystem ist im dargestellten Beispiel vergleichbar. In vielen anderen Fällen, lässt sich nach der Priorität einiger weniger, besonders wichtiger Kriterien für oder wider den Einsatz eines Trommeltrockners oder eines Fließbetttrockners entscheiden. Die wichtigsten Argumente sind ebenfalls tabellarisch zusammengefasst.
In einigen Fällen treffen Kriterien auf beide Verfahrenstechniken zu. Meist hängt die Entscheidung deshalb von zwei oder drei Hauptkriterien ab, welche für den Betreiber oder Investor von besonderer Bedeutung sind.
Im vorliegenden Beispiel hat sich ein Investor aus der Baustoffindustrie für die Trommeltrockner/Kühler-Version Mozer TK entschieden, um seine neuen Werke zur Herstellung von Fertigmörtel, Fliesenkleber und Putzen in Osteuropa (Russland, Rumänien, Bulgarien, Polen, Serbien, Litauen, Ukraine usw.) mit robusten, flexiblen und zuverlässigen Sandtrocknungsanlagen auszustatten. Auf Grund der langjährigen Erfahrung und der Vielzahl realisierter Anwendungen bietet Allgaier Hilfe und Unterstützung sowie eine kompetente Beratung zur Auswahl der optimalen Anlagenlösung für nahezu jede Standard- oder Sonderanwendung.
Vor- und Nachteile von Trommeltrocknern
Vorteile:
-Eignung sowohl für grobe als auch für feine Feststoffe
-weitestgehend unempfindlich auch gegen sehr grobe oder schwere Feststoffe
-minimaler Aufwand für die Zuluftausrüstungen durch Direktmontage des Brenners am Trocknergehäuse
-Unempfindlichkeit gegen
o Änderungen der Körnung,
o Schwankungen der Feuchte und des Durchsatzes,
o Ausfall der Trocknungsluft
-geringer spezifischer Elektroenergiebedarf
-hohe Trocknungslufttemperaturen in Verbindung mit geringen Wärmeverlusten
-niedriger Heizenergiebedarf auch im Teillastbereich durch Anpassung der Abluftmenge
-einfache Montage und schnelle Inbetriebnahme
-Toleranz gegen Fehlbedienungen
-sehr robuste und dickwandige Ausrüstungen mit langer Lebensdauer
-Außenaufstellung unter härtesten Bedingungen ist üblich
-geringer Verschleiß und geringer Ersatzteilbedarf
(Mögliche) Nachteile
-schwere Ausrüstungen durch dickwandige Ausführung der Trommel
-Die kombinierte Kühlung in zweischaligen Trocken-Kühl-Trommeln ist auf Feststofftemperaturen von 55°C bis 60°C am Trockneraustritt limitiert.
-Die Gestaltung der Einbauten von Trockentrommeln bedarf langjähriger Erfahrung.
-Feststoffe werden im Trommeltrockner teilweise, jedoch nicht vollständig entstaubt.
-Gegenstrom-Anwendungen sind auf grobkörnige Güter beschränkt.
Vor- und Nachteile von Fließbetttrocknern
Vorteile:
-Intensiver Stoff- und Wärmeübergang durch das Wirbelschichtprinzip
-Kreuzstrom zwischen Feststoff und Trocknungsluft
-Kontrollierte Entstaubung des Feststoffes während der Trocknung und Kühlung möglich
-geringes Gewicht durch dünnwandige Apparatekonstruktion
-dadurch preiswerte Edelstahlausführungen möglich
-Trockner-Kühler-Varianten ermöglichen bei Wärmerückgewinnung durch Rückführung der Kühlerabluft einen geringen Brennstoffbedarf
-Niedrige Feststofftemperaturen sind möglich (ca. 10 K oberhalb der Kühllufttemperatur).
-Sonderanwendungen zum Coating, Agglomeration und Granulation, Kalzination, Röstung usw.
(Mögliche) Nachteile:
-Optimal geeignet nur für feinkörnige Güter bis ca. 4mm
-Limitierte Trocknungslufttemperaturen
-Empfindlichkeit gegen abrupte Änderungen
o der Feststoffkörnung,
o der Feuchte und des Durchsatzes,
o Ausfall der Trocknungsluft
-Relativ hoher Elektroenergiebedarf
-Aufwändiges Zuluftsystem aus Ventilatoren, Verrohrung und separatem Heißgaserzeuger nötig
-Signifikanter Aufwand zur Inbetriebnahme und Parameteroptimierung.
Auswahlkriterien für die Verwendung von Trocknern
Auswahlkriterien für die Verwendung von Trocknern
von Dr.-Ing. Mathias Trojosky
Allgaier Process Technology GmbH
Trommel oder Fließbett: Verschiedene Lieferanten von Trocknungsanlagen bewerben in teilweise scharfem Wettbewerb jeweils die Techniken ihres eigenen Lieferprogramms. Das hat bei den Anwendern zu Verunsicherungen bei der Auswahl des richtigen oder optimalen Trocknungssystems geführt. Dieser Beitrag schafft im Streit der Systeme ein großes Stück mehr Klarheit.
In der Praxis steht häufig die Frage im Raum, ob sich für eine spezifische Trocknungsaufgabe eher Trommeltrockner (Drehrohr-Prinzip) oder Fließbett-Trockner (Wirbelschicht-Vibrations-Prinzip) eignen. Während sich in einigen Fällen beide Techniken in ihrer Anwendbarkeit überschneiden, gibt es auch Fälle, welche den einen oder den anderen Trocknertyp favorisieren.
Allgaier verfügt über die Erfahrung vieler Referenzanwendungen für sein breites Lieferprogramm unterschiedlicher Trocknungstechniken und bietet sowohl Fließbett- als auch Trommeltrockner-Anlagen verschiedener Bauart an und kann belastbare Empfehlungen für eine optimale und auf den speziellen Anwendungsfall zugeschnittene Trocknungstechnik geben. Der tabellarische Vergleich der technischen Daten zeigt deutlich, dass bei der Wahl des Verfahrens produktspezifische Kriterien ebenso eine Rolle spielen wie prozessrelevante. Hinzu kommen individuelle Bedingungen am Einsatzort.
Trommeltrockner werden seit vielen Jahrzehnten zur Trocknung unterschiedlichster Güter eingesetzt. Die Trocknerart hat sich in der Bau-, Mineral- und Rohstoffstoffindustrie weitgehend durchgesetzt, wobei hier für spezielle Anwendungen seit ca. zwei Jahrzehnten auch Vibrations-Wirbelschicht-Trockner, so genannte Fließbett-Trockner-Anlagen als Ergebnis einer Reihe von Sonderanwendungen installiert worden sind. Zeitgleich wurden auch Trommeltrockner technisch weiterentwickelt. Speziell für Anwendungen in der Mineralstoffindustrie bieten sich damit energetisch besonders effiziente Möglichkeiten des Einsatzes. Hinzu kommt, dass der Trommeltrockner-Einsatz eine besonders robuste und störungsunempfindliche Lösung darstellt.
Funktionsprinzipien von Trommeltrocknern
In Trommeltrocknern wird der Feststoff durch die Drehung der Trommel und die Förderwirkung der Trommeleinbauten bewegt. Ältere Trommeltrockner wurden zur Unterstützung des Feststofftransportes meist mit einer geringen Neigung gebaut, während moderne Bauarten nach dem System Mozer fast ausschließlich waagerecht aufgestellt werden.
Hubschaufeln nehmen den feuchten Feststoff vom Grund der Trommel auf und lassen ihn nach dem Heben wieder fallen. Dadurch wird der Kontakt der heißen Trocknungsluft mit dem feuchten Feststoff optimiert.
Zur Beheizung der Trocknungsluft für Anwendungen in der Mineralstoffindustrie kommen in der Regel Gas- oder Leichtöl-Brenner zum Einsatz. Die Verbrennungsgase werden mit einem Anteil Umgebungsluft auf mittlere Trocknungslufttemperaturen zwischen 600°C und 900°C gemischt.
Für thermisch unempfindliche Güter wie Quarzsand kann die Flamme direkt in der sich drehenden Trommel ausbrennen. Bei der Trocknung temperaturempfindlicher Stoffe wie Kalkstein, Ton, Bentonit oder organischen Stoffen kommen Brennkammern zum Einsatz. Brennkammern werden auch beim Einsatz von Heizöl (Diesel) statt Erdgas verwendet, damit es zu einem schadstoffarmen und rußfreiem Ausbrand des Heizöls kommt. Insgesamt ist der technische Aufwand zur Beheizung von Trommeltrocknern gering. Auch die Abluftverrohrung einer Trommeltrockneranlage ist vergleichsweise einfach gestaltet, da nur von einem Punkt des Trocknergehäuses abgesaugt werden muss.
Trommeltrockner werden für Feststoffbehandlungen zwischen 5 und 150 t/h gebaut. Vorteilhaft ist ihre weitgehende Unempfindlichkeit gegen Schwankungen der Eintrittsfeuchte, des Durchsatzes, der Körnung oder gegen den Eintrag unerwünschter Grobstücke. Selbst bei einem Stromausfall kann meistens direkt nach wieder anliegender Stromversorgung weiter gefahren werden.
Trommeltrockner eignen sich sowohl für feine Sande aber auch für grobe und sehr grobe Schüttgüter, wobei bei einem Wechsel der Produkte die Luftmenge nicht zwingend angepasst werden muss. Auch bei einem Ausfall der Trocknungsluft wird der Feststoff im Trommeltrockner durch die Drehung der Trommel zuverlässig weiter gefördert. Hinzu kommt als positives Argument die Toleranz von Trommeltrocknern gegenüber Bedienfehlern, die ihren Einsatz auch in strukturell weniger gut entwickelten Gebieten prädestiniert. Hinzu kommt, dass der Aufwand für eine Automatisierung der Trocknersteuerung vergleichsweise gering ist. Wegen des verhältnismäßig einfachen Aufbaus können Betreiber verschiedene Montagearbeiten beim Aufbau der Trommeltrockner-Anlage in Eigenleistung übernehmen und im Normalfall kann eine Trommeltrockneranlage in relativ kurzer Zeit in Betrieb genommen werden.
Trommeltrockner nach System Mozer
Allgaier hat mit dem System Mozer verschiedene, bewährte Trommeltrocknertechniken im Lieferprogramm, die sich durch eine energetisch sehr effiziente Betriebsweise auszeichnen. Ein wesentlicher Faktor für die effektive Nutzung der Heizenergie ist die optimale Gestaltung der Trocknereinbauten, die einen bestmöglichen und intensiven Kontakt zwischen dem zu trocknenden Feststoff und dem Trocknungsgas gewährleisten. Dazu ist es notwendig, dass das Trocknungsgas beim Durchströmen der Trommel den Feststoffschleier ausreichend oft durchströmt. Das Material muss also immer wieder durch die Hubschaufeln aufgenommen und erneut verrieselt werden.
Der optimale Gas-Feststoff-Kontakt ergibt sich durch die Gestaltung der Trocknereinbauten in Zusammenhang mit der richtigen Länge des Trockners sowie dem optimalen Füllgrad der Trommel. Hunderte realisierter Referenzanlagen bilden die Basis für eine Vielzahl von Varianten bei der Gestaltung der Einbauten und des optimalen Trocknerdesigns, welches die thermodynamische Bilanzierung des Trocknungsprozesses, aus dem die Luftmenge und die Heizleistung zur Realisierung der gewünschten Wasserverdampfungsleistung und des Feststoffdurchsatzes hervorgehen, ergänzt.
Einbauten wie auch die Trommel selbst werden aus dickwandigem Stahl hergestellt, um eine für die Mineralstoffindustrie geeignete, sehr robuste und langlebige Ausrüstung zu erhalten. Durch eine geeignete Gestaltung der Einbauten können selbst sehr abrasive Materialen getrocknet werden. Bei abrasiven Gütern wird zudem darauf geachtet, dass der Feststoff möglichst nicht oder nur wenig auf den Hub- und Leitschaufeln gleitet sowie beim Herabfallen auf ein Materialbett fällt. So lassen sich auch für stark abrasive Feststoffe sehr langlebige Trommeltrockner-Lösungen realisieren.
Insbesondere bei neuen Produkten oder spezifischen Besonderheiten der zu trocknenden Feststoffe wird das Trocknerdesign durch Versuchsergebnisse abgerundet, welche im Allgaier-Technikum gewonnen werden. Die zur Verfügung stehenden Versuchstrockner haben eine ausreichende Größe, um ein kundengerechtes scale-up zu gewährleisten.
Trockner haben allgemein immer dann einen spezifisch geringen Heizenergiebedarf, wenn der Prozess mit möglichst hohen Lufteintrittstemperaturen betrieben werden kann. Aus hohen Heißgastemperaturen resultieren geringe Trocknungsluftmengen und damit geringe mit der noch warmen Abluft abgegebene Wärmeverluste. Aus diesem Grund arbeiten Trommeltrockner mit den in der Mineralstoffindustrie üblichen Heißgastemperaturen bis 900°C sehr effizient, obwohl die Ablufttemperaturen meist leicht höher liegen als bei Fließbett-Trocknern.
Ein besonderer Vorteil von Trommeltrocknern besteht darin, dass bei einer signifikanten Minderleistung neben der automatischen Abregelung der Heißgaseintrittstemperatur auch die Trocknungsluftmenge auf den verminderten Durchsatz angepasst werden kann. Durch die Reduzierung der Trocknungsluftmenge kann dann die Heißgastemperatur hoch bzw. nahe dem Auslegungspunkt gehalten werden. So bleibt auch bei Minderlast der geringe spezifische Brennstoffbedarf erhalten. Der spezifische Energiebedarf von Trommeltrocknern ist deshalb gering und liegt bei nur etwa zwei Drittel des Energieverbrauches eines Fließbetttrockners. Fließbett-Trockner müssen schließlich auch bei Minderleistung die volle Trocknungsluftmenge beibehalten, um den Feststoff zu fluidisieren.
Trommeltrockner nach dem System Mozer stehen in einschaliger Bauweise (Durchlauftrockner), wegen der waagerechten Ausrichtung aber auch als Zweizug-Trockner und als Dreizug-Trockner zur Verfügung. Der Einsatz von Zwei- oder Dreizug-Trocknern kann von den Platzverhältnissen und der notwendigen Feststoffverweilzeit abhängig gemacht werden.
Sollen die zu trocknenden Feststoffe nach der Trocknung sofort gekühlt werden, empfiehlt sich der Einsatz eines zweischaligen Trockners zur kombinierten Trocknung und Kühlung. Die Trocknung findet dann nur im inneren Trommelrohr statt. Der getrocknete und warme Feststoff fließt aus der Innentrommel in die äußere Schale und wird durch entsprechend geformte Hub- und Leitschaufeln zurück gefördert, während angesaugte kalte Umgebungsluft den Feststoff im Gegenstrom kühlt.
Mit dem System Mozer-TK, das TK steht für trocknen-kühlen, lassen sich gekühlte Trockenguttemperaturen von ca. 55°C bis 60°C erreichen, was in den meisten Anwendungen der Bau- und Mineralstoffindustrie und speziell der Fertigmörtelindustrie ausreichend ist. Werden noch niedrigere gekühlte Feststofftemperaturen gefordert, kommt eine separate Kühltrommel, ein nachgeschalteter, wassergekühlter Kontaktkühler oder ein Fließbett-Kühler zum Einsatz.
Eine energetisch besonders effiziente Trocken-Kühltrommel ist das System Mozer-„TKplus“, welches vorwiegend zur Trocknung und Kühlung von Quarzsanden zum Einsatz kommt. Im Unterschied zum System TK wird die Kühlung des Sandes nicht mit Umgebungsluft erreicht, sondern durch die Zumischung eines Anteils feuchten Sandes in den bereits getrockneten warmen Sand nach Durchlaufen der Innentrommel. Die Kühlung des Sandes wird durch die Verdunstung des Wassers aus dem zugemischten Feuchtgut bewirkt, wobei der zugemischte Feuchtsand durch die in der getrockneten Feststoff-Hauptmenge gespeicherte Wärme ebenfalls getrocknet wird.
Das Feuchtgut wird bei der „TKplus“ beidseitig aufgegeben. Das Verhältnis zwischen beiden Feststoffströmen liegt abhängig von der Eintrittsfeuchte des Sandes zwischen etwa 80 und 90% Hauptmengenstrom in Relation zu 10 bis 20% zugemischten Feststoffstrom. Durch diese Trockner-Kühler-Variante lässt sich der Brennstoffbedarf der Trocknung um etwa 15 % reduzieren.
Wenn auch der apparative Aufwand einer „TKplus“ im Vergleich zu einer TK wegen der notwendigen Aufteilung des Feuchtgutstromes höher und die Gesamtanlage in der Anschaffung damit etwas teurer ist, amortisiert sich die Investition wegen der Energieeinsparung doch zügig und spart langfristig Kosten.
Eine ebenfalls energieeffiziente Sonderanwendung stellt die patentierte Trocken-Reinigungs-Trommel Mozer-TRH dar. Das System zur Trocknung von Kalkstein ist gefragt, wenn neben der Trocknung ein gleichzeitiger Reinigungseffekt erreicht werden soll. Im Mozer-TRH wird der häufig mit Ton oder Lehm verschmutzte Kalkstein in einem aufgeweiteten Bereich des Trockners am Ende der Trommel verweilt. Von dem in der Trommel vor- und in dem aufgeweiteten Bereich durchgetrockneten Kalkstein lösen sich die ton- oder lehmhaltigen Verschmutzungen bei erhöhten Temperaturen ab, Die Verunreinigungen werden mit der Abluft ausgeblasen oder über eine nachgeschaltete Siebung abgetrennt. Bei geeigneten Kalksteinsorten kann so auf eine separate Waschung verzichtet werden, wodurch eine bedeutende Energieeinsparung erzielt wird.
Funktionsprinzipien von Fließbetttrocknern
Der Feststofftransport in Fließbetttrocknern basiert auf der Fluidisierung des Feststoffes durch die aufwärts gerichtete Trocknungsluft. Bei einer gut fluidisierten Wirbelschicht wird der gesamte Feststoff durch die Luftströmung in einen quasi-flüssigen Zustand versetzt und läuft am Ende des Trockners in genau der Menge über ein Überlaufwehr wie feuchter Feststoff am Trocknereintritt zugeführt wird. Das Überlaufwehr ist höhenverstellbar ausgeführt und ermöglicht so eine Anpassung der Feststoffverweilzeit. Im Idealfall werden in einer Wirbelschicht alle Feststoffpartikel ständig vom Luftstrom umströmt, wodurch hohe spezifische Trocknungsraten bzw. relativ kleine Trocknerabmessungen möglich werden.
Da dieser Idealzustand in der Praxis aber nur selten erreichbar ist, werden Fließbetttrockner zur Unterstützung der Feststofffluidisierung als Vibrationstrockner gebaut. Durch die Vibration werden auch grobe, durch den Luftstrom selbst nicht fluidisierbare Grobpartikel gefördert. Dies hat jedoch Grenzen. Je nach Kornverteilung und Schüttdichte des zu trocknenden Feststoffes ist der Einsatz von Fließbetttrocknern nur bis Körnungen von etwa 6, maximal 8 mm zu empfehlen. Grobgut kann sich ansonsten im Trockner akkumulieren, da es nicht über das Stauwehr am Trocknerende abfließen kann. Führt man z.B. durch eine Produktionsumstellung wesentlich gröbere Feststoffe zu, kann die Fluidisierung zusammenbrechen. Ein effizienter Trocknerbetrieb wird dann unter Umständen unmöglich.
Generell sind die Luftanströmböden mit ausreichend hohem Druckverlust auszulegen, um eine gute Gleichverteilung der gesamten Trocknungsluft über die komplette Anströmfläche zu erreichen. Die Ventilatoren für die Trocknungsluft müssen also eine hohe Pressung aufweisen. Andernfalls sucht sich die Luft den Weg des geringsten Widerstandes durch die Feststoffschüttung im Trockner, was zu einer schlechten Durchströmung führt. Aus diesem Grund haben Fließbett-Trockner einen auf die Feststoffleistung bezogenen, höheren Elektroenergieverbrauch (ca. 150 % eines Trommeltrockners).
Durch die ständige Umströmung eines jeden Feststoffpartikels mit Luft, können empfindliche Feuchtgranulate aus Granuliertellern oder Mischer-Granulatoren sehr schonend in Wirbelschichten getrocknet werden. Fließbetttrockner werden wie Trommeltrockner meist durch ein Konstant-Halten der Temperatur der Trocknerabluft geregelt. Ein Regelkreis beeinflusst abhängig von der Ablufttemperatur den Wärmeeintrag des Lufterhitzers in die Trocknungsluft und reagiert so auf schwankende Mengen oder Wassergehalte des zugeführten Feuchtgutes.
Da die Trocknerabluft im engen Zusammenhang mit der Feststofftemperatur am Trocknerende steht und diese über die Sorptionseigenschaften eines jeden Feststoffes deren Restfeuchte bestimmt, lassen sich jederzeit konstante Restfeuchten des zu trocknenden Feststoffes gewährleisten.
Allerdings steigt der spezifische Brennstoffbedarf je Tonne Trockengut an, wenn bei dauerhaft geringerer Eintrittsfeuchte oder Menge des zu trocknenden Feuchtgutes die Trocknungsanlage nicht in seinem der ursprünglichen Auslegung entsprechenden Leistungspunkt betrieben wird.
Da die Luftmenge in einem Fließbetttrockner wegen der notwendigen Feststoff-Fluidisierung konstant gehalten werden muss, geht mit der Abluft also trotz geringerer Anlagenleistung immer die gleiche absolute Wärmemenge verloren. So bleibt der Energieverbrauch von Fließbett-Trocknern auch im Teillastbetrieb konstant und führt zu erhöhten spezifischen Energieverbräuchen.
Fließbettrockner sollten also möglichst immer bei konstanten Bedingungen und möglichst immer nahe der ausgelegten Volllast betrieben werden. Da in der Mineralstoffindustrie häufig über den Jahresverlauf mit schwankenden Feuchten der zu trocknenden Feststoffe zu rechnen ist, gilt es in der Planungsphase einen guten Kompromiss zwischen der gewünschten maximalen Feststoffleistung und der erwarteten durchschnittlichen Anfangsfeuchte der Güter zu finden. Ein Anlagendesign mit Reserven der Feststoffleistung sowie der Anfangsfeuchte ist bezüglich des späteren spezifischen Energieverbrauches meist kontraproduktiv.
Beheizt werden Fließbetttrockner durch in den Luftkanal des Zuluftsystems eingebaute Heißlufterzeuger. Bei Verwendung von Erdgas eignen sich besonders Flächenbrenner, die wegen der leichten Bauweise wenig Wärme speichern und schnell auf Regelsignale reagieren. In der chemischen und Recycling-Industrie kommen häufig dampfbeheizte Wärmetauscher zum Einsatz.
Trockner-Kühler-Varianten lassen sich in Fließbetten komfortabel realisieren, indem Umgebungsluft in eine zusätzliche Kühlzone geführt wird. Der Trockner wird dadurch länger und benötigt neben dem Ventilator für die Trocknungsluft einen zusätzlichen Ventilator für die Kühlluft. Auf diese Weise ist es möglich, Trockenguttemperaturen von z.B. 40 oder gar 30°C zu erreichen.
Nicht vergessen werden darf allerdings, dass auch die Kühlung sowohl die Anlage in der Investition verteuert als auch Energie verbraucht. Wichtig ist, immer nur auf für die nachfolgenden Prozesse technologisch unbedingt notwendigen Temperaturen zu kühlen.
Eine sinnvolle Möglichkeit zur Energierückgewinnung bietet sich bei Fließbetttrocknern durch die Rückführung der warmen, gefilterten Abluft der Kühlzone zur Verwendung als vorgewärmte Trocknungsluft – insbesondere dann, wenn eine gute Balance zwischen der Menge der Trocknungsluft und der Menge der Kühlluft erreicht werden kann. Im Idealfall kann so die komplette Wärme aus der Feststoffkühlung für die Trocknung verwendet werden. Der Energieverbrauch sinkt dann um den Anteil Brennstoff, der ohne Abluftrückführung zur Aufwärmung von Umgebungsluft auf die Temperatur der rückgeführten Kühlerabluft notwendig wäre.
Sorgfältige Auslegung ist von Bedeutung
Bei allen Trockner-Kühler-Varianten tritt eine erste Kühlung des warmen Feststoffes unmittelbar nach der Trocknung dadurch auf, dass nach Eintritt des warmen Feststoffes zunächst eine Restmenge Feuchtigkeit verdampft. Die Nachtrocknung im ersten Bereich der Kühlzone erfolgt durch die noch im Feststoff gespeicherte Wärme – ähnlich wie bei der Trocken-Kühltrommel TKplus.
Eine optimale Balance ergibt sich in vielen Anwendungen der Mineralstoff-Trocknung schon bei einer Trocknungslufttemperatur von ca. 400°C und einer Kühlung des getrockneten Feststoffes auf beispielweise 45°C. In der Regel ist es nicht sinnvoll, Fließbetttrockner auf überhöhte Trocknungslufttemperaturen bis 600°C auszulegen. Die Kühlerabluft kann dann meist nicht komplett als Trocknungsluft zurück geführt werden.
Mit einer sehr hohen Temperatur der Trocknungsluft reduziert sich zwar die notwendige Trocknungsluftmenge und verkleinert damit die Trocknerquerschnitts- bzw. Anströmfläche. Allerdings ist in einem kleineren Trockner auch die Verweilzeit des Feststoffes in der Trocknungszone geringer.
Bei einer Veränderung der Trockenguteigenschaften kann deshalb leicht eine kritische Grenze unterschritten werden. Ein weiteres Argument gegen zu hohe Trocknungslufttemperaturen bei Fließbetttrocknern sind deren eher dünnwandige Apparatekonstruktionen sowie die Notwendigkeit der Schwingungsentkopplung durch flexible Verbindungen (Kompensatoren) zwischen lufttechnischer Verrohrung und Trockner. Zu hohe Temperaturen in Verbindung mit den ständigen Belastungen durch die Apparatevibration können mittelfristig zu Materialversagen führen.
Energetisch optimale Energieverbräuche werden bei Fließbetttrocknern besonders dann ermöglicht, wenn aus verschiedenen Gründen nur geringe Trocknungslufttemperaturen möglich sind. Damit sind Fließbetttrockner besonders in der chemischen Industrie sowie zur Verarbeitung oder dem Recycling temperaturempfindlicher Produkte sinnvoll einzusetzen.
Für neue Anwendungen und Produktentwicklungen steht interessierten Kunden im Allgaier-Technikum eine Vibrationstrockner-Anlage zur Verfügung, die professionelle Versuche und ein sicheres scale-up aus den gewonnenen Daten ermöglicht.
Vergleich der Trockner-Typen
Ein abgebildetes tabellarisches Beispiel verdeutlicht die Unterschiede zwischen den technischen Daten und den Energieverbräuchen einer Trommeltrockner-Anlage System Mozer TK und einer Fließbetttrockner/Kühler-Anlage. Bewusst wurde eine Anwendung ausgewählt, für die aus rein technischer Sicht (angestrebte Trockenguttemperatur) sowie aus Sicht der Feststoffkörnung (0/4 mm) sowohl ein Fließbett-Trockner als auch eine Trommeltrockner zum Einsatz kommen könnte.
Tabelle 1
(siehe Bildleiste unten)
Beim Fließbett-Trockner wird zur Optimierung des Wärmebedarfes eine Rückführung der warmen Abluft aus der Kühlzone als vorgewärmte Trocknungsluft angenommen.
Das energetisch besonders effiziente System Mozer „TKplus“ erreicht neben dem dargestellten geringen Elektroenergieverbrauch sogar noch geringere Brennstoffverbräuche als das hier betrachtete System TK von knapp über 7 m/h i.N. (bei 7% Eintrittsfeuchte des Sandes).
Da hier prinzipiell sowohl ein Fließbett- als auch ein Trommeltrockner zum Einsatz kommen könnte, sollte nach solchen Kriterien entschieden werden wie:
-zu erwartende Konstanz der Produktionsbedingungen
o Durchsatz, Feuchte, Körnung
-Preisrelation der Energieträger (Elektroenergie / Erdgas)
-Infrastruktur am Aufstellort
-Ausbildungs- und Organisationsgrad des Betreiberpersonals
-Eigenleistungen vor Ort.
Die Investitionshöhe für eine komplette, vollständig errichtete Trommeltrockner- oder Fließbetttrockner-Anlage inklusive elektrischem Steuer- und Regelsystem ist im dargestellten Beispiel vergleichbar. In vielen anderen Fällen, lässt sich nach der Priorität einiger weniger, besonders wichtiger Kriterien für oder wider den Einsatz eines Trommeltrockners oder eines Fließbetttrockners entscheiden. Die wichtigsten Argumente sind ebenfalls tabellarisch zusammengefasst.
In einigen Fällen treffen Kriterien auf beide Verfahrenstechniken zu. Meist hängt die Entscheidung deshalb von zwei oder drei Hauptkriterien ab, welche für den Betreiber oder Investor von besonderer Bedeutung sind.
Im vorliegenden Beispiel hat sich ein Investor aus der Baustoffindustrie für die Trommeltrockner/Kühler-Version Mozer TK entschieden, um seine neuen Werke zur Herstellung von Fertigmörtel, Fliesenkleber und Putzen in Osteuropa (Russland, Rumänien, Bulgarien, Polen, Serbien, Litauen, Ukraine usw.) mit robusten, flexiblen und zuverlässigen Sandtrocknungsanlagen auszustatten. Auf Grund der langjährigen Erfahrung und der Vielzahl realisierter Anwendungen bietet Allgaier Hilfe und Unterstützung sowie eine kompetente Beratung zur Auswahl der optimalen Anlagenlösung für nahezu jede Standard- oder Sonderanwendung.
Vor- und Nachteile von Trommeltrocknern
Vorteile:
-Eignung sowohl für grobe als auch für feine Feststoffe
-weitestgehend unempfindlich auch gegen sehr grobe oder schwere Feststoffe
-minimaler Aufwand für die Zuluftausrüstungen durch Direktmontage des Brenners am Trocknergehäuse
-Unempfindlichkeit gegen
o Änderungen der Körnung,
o Schwankungen der Feuchte und des Durchsatzes,
o Ausfall der Trocknungsluft
-geringer spezifischer Elektroenergiebedarf
-hohe Trocknungslufttemperaturen in Verbindung mit geringen Wärmeverlusten
-niedriger Heizenergiebedarf auch im Teillastbereich durch Anpassung der Abluftmenge
-einfache Montage und schnelle Inbetriebnahme
-Toleranz gegen Fehlbedienungen
-sehr robuste und dickwandige Ausrüstungen mit langer Lebensdauer
-Außenaufstellung unter härtesten Bedingungen ist üblich
-geringer Verschleiß und geringer Ersatzteilbedarf
(Mögliche) Nachteile
-schwere Ausrüstungen durch dickwandige Ausführung der Trommel
-Die kombinierte Kühlung in zweischaligen Trocken-Kühl-Trommeln ist auf Feststofftemperaturen von 55°C bis 60°C am Trockneraustritt limitiert.
-Die Gestaltung der Einbauten von Trockentrommeln bedarf langjähriger Erfahrung.
-Feststoffe werden im Trommeltrockner teilweise, jedoch nicht vollständig entstaubt.
-Gegenstrom-Anwendungen sind auf grobkörnige Güter beschränkt.
Vor- und Nachteile von Fließbetttrocknern
Vorteile:
-Intensiver Stoff- und Wärmeübergang durch das Wirbelschichtprinzip
-Kreuzstrom zwischen Feststoff und Trocknungsluft
-Kontrollierte Entstaubung des Feststoffes während der Trocknung und Kühlung möglich
-geringes Gewicht durch dünnwandige Apparatekonstruktion
-dadurch preiswerte Edelstahlausführungen möglich
-Trockner-Kühler-Varianten ermöglichen bei Wärmerückgewinnung durch Rückführung der Kühlerabluft einen geringen Brennstoffbedarf
-Niedrige Feststofftemperaturen sind möglich (ca. 10 K oberhalb der Kühllufttemperatur).
-Sonderanwendungen zum Coating, Agglomeration und Granulation, Kalzination, Röstung usw.
(Mögliche) Nachteile:
-Optimal geeignet nur für feinkörnige Güter bis ca. 4mm
-Limitierte Trocknungslufttemperaturen
-Empfindlichkeit gegen abrupte Änderungen
o der Feststoffkörnung,
o der Feuchte und des Durchsatzes,
o Ausfall der Trocknungsluft
-Relativ hoher Elektroenergiebedarf
-Aufwändiges Zuluftsystem aus Ventilatoren, Verrohrung und separatem Heißgaserzeuger nötig
-Signifikanter Aufwand zur Inbetriebnahme und Parameteroptimierung.
Tabelle 2
(siehe Bildleiste unten)
Weitere Informationen:
https://edir.bulk-online.com/profile...technology.htm8362 allgaier process technology.htm
http://www.google.com/search?client=...UTF-8&oe=UTF-8search?client=safari&rls=de de&q=Allgaier+site:bulk online.com&ie=UTF 8&oe=UTF 8
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