Praxisbuch Bandtrocknung

Durch den Trocknungsvorgang – d. h. durch den thermischen Entzug von Wasser oder anderen Flüssigkeiten – werden Trocknungsgüter erst haltbar, mischbar, mahlbar oder auf andere Weise weiter verarbeitbar gemacht. Vielfach ist die Trocknung auch Voraussetzung für den Einsatz von Materialien als Brennstoff oder Dünger. Die Trocknung stellt deshalb einen wichtigen Verfahrensschritt in der industriellen Verarbeitung von Produkten dar. Bandtrockner zählen zu den kontinuierlichen Trocknungsanlagen und haben aufgrund ihres hohen Automatisierungsgrades, der Produkt schonenden Trocknung und des kleinen Personalbedarfs einen hohen Verbreitungsgrad in allen Bereichen der Industrie und in der Landwirtschaft gefunden. Das Trocknungsgut wird auf einem oder mehreren Bändern durch den Trocknungsraum gefördert und unterliegt keiner oder nur kleiner mechanischer Belastung durch Wende- oder Bandübergabevorgänge. Dabei kann Energie in Form von Konvektion (z. B. über Warmluft), Kontakt (z. B. über Heizplatten) oder Strahlung (z. B. über elektromagnetische Wellen) dem Trocknungsgut zugeführt, das Wasser oder die Feuchtigkeit verdunstet oder verdampft und der (Wasser-) Dampf über ein Trägermedium wie z. B. der warmen Luft abgeführt werden.

Jeder Trocknungsvorgang kann durch Massen- und Energiebilanzen beschrieben werden.

In diesem Kapitel werden viele praxisrelevante Themen des Bandtrockners mit Energiezufuhr über Warmluft, Kontakt oder elektromagnetischer Strahlung behandelt. Für den Fall der konvektiven Trocknung werden die Möglichkeiten der Überström-, Prallstrahl- und Durchströmverfahren erläutert und anhand von Berechnungsbeispielen veranschaulicht. Wichtige Komponenten wie Bänder, Warmlufterzeuger, Ventilatoren, Kondensatoren, Vakuumpumpen oder Mikrowellenabschirmungen werden beschrieben und fallweise berechnet. Auch das Thema Messtechnik und Automatisierung wird ausführlich und in Fallbeispielen bearbeitet. Methoden zur Leistungssteigerung bei Warmluftbandtrocknern werden ebenso wie die Simulation von industriellen Trocknern in kleinen Versuchsanlagen diskutiert.

Die äußere Form des Trocknungsgutes und dessen Temperaturempfindlichkeit beeinflusst entscheidend die Art des Bandtrockners und der Wärmeübertragung. Insofern gibt es in den unterschiedlichen Industriebereichen Bandtrockner in mannigfaltiger Ausführung für schüttfähige und plattenförmige Güter zur Trocknung unter Atmosphärendruck, unter Vakuum oder unter überdruck. Die Art des Trocknungsgutes beeinflusst das Aufbereitungsverfahren und die Materialzufuhr, deren einwandfreie Durchführung mitentscheidend für eine gleichmäßige Trocknung und hohe Trockengutqualität ist. Spezielle Bandtrockner, die unter Vakuum und mit elektromagnetischer Energiezufuhr arbeiten, sind aufgrund der höheren Investitionskosten der Trocknung von Spezialprodukten mit hohem Wertschöpfungsgrad und hohen Anforderungen an die Trockengutqualität vorbehalten. Bei extrem hohen Durchsätzen und in der Folge großvolumige Bandtrocknungsanlagen können Trockner, deren Außenhülle zugleich die Funktion einer Halle übernimmt, wirtschaftlich vorteilhafter sein gegenüber Trockner, welche in einer (isolierten) Halle aufgestellt werden. Die Außenhülle kann in diesen Fällen entweder in wetterfesten blechbeplankten Isolierpaneelen oder in innenisolierten Stahlbetoneinhausungen ausgeführt werden.

Verschiedene Beispiele aus der Praxis der Grundstoff- und Futtermittelindustrie zeigen die sinnvolle Kombination des Bandtrockners mit Kontakttrocknern oder Trommeltrocknern. Der Bandtrockner kann dabei als Vortrockner und Filter oder als Nachtrockner zur Anwendung kommen. Insbesondere seine Eigenschaft, Abwärme auf niedrigstem Temperaturniveau noch sinnvoll nutzen zu können, macht ihn als Kombinationstrockner so wertvoll.

Die Nutzung von Abwärme stellt in manchen Industriezweigen mit hohem Anteil der Energiekosten die einzige Möglichkeit dar, den Trocknungsprozess wirtschaftlich zu gestalten. Während beispielsweise noch in den neunziger Jahren des letzten Jahrhunderts kommunaler Klärschlamm in Trommeltrockner mit Primärenergie wie Heizöl oder Erdgas getrocknet wurde, führt im einundzwanzigsten Jahrhundert mit hohen Primärenergiekosten kein Weg mehr an der Abwärmenutzung vorbei. Anstatt die Abwärme von beispielsweise faul- oder biogasbetriebenen Blockheizkraftwerken über luftgekühlte Wärmetauscher oder über den Abgaskamin ungenutzt in die Atmosphäre zu überführen, wird das Wärmepotential für den Bandtrocknungsprozess genutzt. Der Bandtrockner ist in der Lage, Abwärme selbst auf niedrigem Temperaturniveau im Bereich von 60–65 °C noch wirtschaftlich vertretbar zu verwerten. Beispiele sind hier die Vortrocknung von Zuckerrübendiffusionsschnitzeln oder die Niedertemperaturtrocknung von Klärschlamm.

Im Kap. 7 werden einleitend die Einflussfaktoren auf eine wirtschaftliche Herstellung und auf die, auf die Trocknungsfläche bezogenen spezifischen Investitionskosten besprochen. Modulbauweise, Bandbreite und Größe der Bandtrocknungsanlage sind wichtige Stellgrößen, welche sich stark auf die spezifischen Kosten auswirken. In mehreren Beispielen werden Kostenrechnungen für komplette Trocknungslinien oder Einzelkomponenten durchgeführt. Im Beispiel aus der Holzindustrie werden die Bandtrocknung unterschiedlicher Rohstoffe und deren Auswirkung auf die Trocknungskosten beleuchtet. Im Fall der Gewürzkräutertrocknung wird die Investition in eine Wärmerückgewinnungsanlage aufgezeigt. Eine Investition in die Bandtrocknung von Klärschlamm lohnt sich, sobald die errechneten spezifischen Kosten die Entsorgungskosten des entwässerten Schlammes übersteigen. Abschließend werden unterschiedliche Trocknungssysteme für die Trocknung von Instant-Lebensmittelprodukten in technisch-wirtschaftlich miteinander verglichen.

Das Kapitel befasst sich mit der Sicherheit bei Bandtrocknungsanlagen, welche den Brand- und Explosionsschutz, aber auch den Schutz gegen unzulässige Strahlung oder Oberflächentemperaturen einschließt. In diese Betrachtung werden auch die Lagerung des Trockengutes vor der Trocknung und die Speicherung des Trockengutes in geschlossenen Silos und die damit verbundenen Gefahren mit einbezogen. Hinweise zur Minimierung der Brandgefahren und zur Eindämmung der Auswirkung eines Brandes werden gegeben. So wird speziell auf die Installation von Sprinkleranlagen eingegangen. Insbesondere wird auf die für Europa geltenden Bestimmungen nach ATEX und die in der angelsächsischen Chemieindustrie üblichen HAZOP-Studie Bezug genommen.

Für den Betrieb einer Bandtrocknungsanlage gibt es national und in der Europäischen Union Regelungen hinsichtlich Arbeits-, Brand- und Explosionsschutz sowie hinsichtlich Emissionen und Immissionen von gasförmigen und festen Schadstoffen sowie Lärm und Geruch. Grenzwerte müssen eingehalten und das Personal geschützt werden. Je nach Trocknungsgut ergeben sich deshalb unterschiedliche Anforderungen an die technische Ausstattung der Bandtrocknungsanlage.

Abnahmeversuche von Trocknungsanlagen stellen eine wichtige Voraussetzung für die Übernahme der verfahrenstechnischen Anlage durch den Käufer dar. Vertragliche Garantien für Durchsätze, Produktqualitäten, Endfeuchtegehalte, spezifische Energieverbräuche sowie die Einhaltung von Grenzwerten bei Emissionen und die Sicherheit der Anlage müssen nachgewiesen werden. Oftmals ist mit dem Bestehen des Abnahmeversuches eine Teil- oder Restzahlung durch den Käufer verbunden. Weitergehende Einzelheiten über die Ausführung von Abnahmeversuchen an industriellen Trocknungsanlagen können beispielsweise der VDMA-Publikation „Abnahmeversuche an Trocknern“ entnommen werden. Große Unternehmen in der chemischen Industrie besitzen oftmals eigene Abnahmebedingungen für Trocknungsanlagen, welche als Vertragsbasis herangezogen werden.

Für die Qualität von Trockengütern gelten unterschiedliche Kriterien wie Erhalt von Farbe und Inhaltsstoffen, Geschmack, hohes und schnelles Wasseraufnahmevermögen, Formerhalt oder möglichst geringe Konzentration an unerwünschten Ablagerungen an der Gutoberfläche. Neben der Einhaltung von maximal zulässigen Guttemperaturen sind vor allem die produktangepasste Aufbereitung, eine homogene Produktaufgabe und eine hohe Gleichmäßigkeit der Trocknung von entscheidender Bedeutung für die Trockengutqualität. Auch die Nachbereitung des getrockneten Gutes durch Zerkleinern und Sichten hat einen großen Einfluss auf die Endqualität. Beispiele über die qualitätserhaltende Trocknung in der Lebensmittelindustrie und für die Fälle der Trocknung von Kartonagen, Furnieren sowie Gips- und Zementfaserplatten werden in diesem Kapitel behandelt.

Im Vordergrund der zukünftigen Entwicklung werden die weitere Minimierung des spezifischen Energieverbrauchs, die Vereinfachung des Trocknerbetriebs, die Erhöhung der (Betriebs-) Sicherheit, der Umweltschutz sowie letztendlich die Verbesserung der Trockengutqualität stehen. Es sollen hier nur Anregungen gegeben werden, wohin die Entwicklung in der Bandtrocknung in Zukunft gehen könnte. Manche Idee kann erst umgesetzt werden, nachdem robuste, selbstkalibrierende Sensoren entwickelt worden sind, deren Kosten in einem vertretbaren Verhältnis zum Preis der Bandtrocknungsanlage stehen. Außerdem muss berücksichtigt werden, dass sich jegliche Zusatzinvestition steigernd auf die Trocknungskosten auswirken wird und deshalb Verbesserungen wohl zuerst bei der Trocknung von Produkten mit hohem Wertschöpfungsgrad oder bei sehr großen Trocknungsanlagen eingeführt werden.