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Der Sprühtrockunungsprozess ist älter als weithin angenommen. Schon 1860 wird dieser Vorgang beschrieben und 1872 wird das Design des Vorgangs erstmals patentiert. Die grundlegende Idee des Sprütrocknens ist die Herstellung eines sehr feinen Pulvers aus einem flüssigen Grundstoff durch Verdampfen der Flüssigkeit. Dies wird erreicht, indem ein erhitztes Gas mit einer zerstäubten Flüssigkeit mit einem hohen Oberfläche-zu-Masse-Verhältnis (idealerweise von gleicher Größe) in einem Behälter (Trockenkammer) gemischt wird. Dabei verdampft der flüssige Anteil bei direktem Kontakt gleichmäßig und schnell.

Sprühtrocknung kann in vielen Bereichen angewendet werden, in denen die Herstellung frei fließender Pulver benötigt wird. Diese Art der Wasserentziehung wird mit größtem Erfolg in den folgenden Bereichen eingesetzt:

  • Pharmazie
  • Knochen- und Zahnamalgam
  • Getränke
  • Geschmacks-, Farb- und Pflanzenextrakte
  • Milch- und Eierprodukte
  • Kunststoffe, Polymere und Epoxide
  • Seifen und Reinigungsmittel
  • Textilien und vieles mehr

Nahezu alle anderen Trocknungsmethoden, wie Öfen, Gefriertrockner oder Rotationsverdampfer, erzeugen eine kompakte Masse des Materials, die weitere Verarbeitungsschritte (wie Zermahlen und Filtern) nötig macht und daher Teilchen von unregelmäßiger Größe und Form erzeugt. Sprühtrocknung hingegen bietet eine sehr flexible Kontrolle über die Pulvereigenschaften, wie Dichte, Größe, Fließcharakteristik und Feuchtigkeitsgehalt.

Design und Steuerung

Die Herausforderung für Designer und Endverbraucher besteht darin, die Produktion zu erhöhen, die Pulverqualität zu verbessern und die Kosten zu verringern Hierzu ist ein Verständnis des Prozesses und die Einführung eines robusten Regelsystems erforderlich.

Sprühtrocknung besteht aus den folgenden Phasen:

  • Vorbereitung der Einspeisung: Eingespeist werden kann eine homogene, pumpfähige und verunreinigungsfreie Lösung, Suspension oder Paste.
  • Zerstäubung (Umwandlung der Einspeisung in Tröpfchen): Dies ist der kritischste Schritt im Prozess. Der Grad der Zerstäubung bestimmt die Trocknungsrate und damit die Trocknergröße. Am häufigsten werden folgende Techniken zur Zerstäubung verwendet:

1. Druckdüsen-Zerstäubung: Die Tröpfchen werden dadurch erzeugt, dass eine Flüssigkeit durch eine Öffnung gepresst wird. Dies ist eine energieeffiziente Methode, die außerdem die dichteste Verteilung der Teilchengröße bietet.

2. Zweistoffdüsen-Zerstäubung: Die Tröpfchen werden dadurch erzeugt, dass die Einspeisung mit einem komprimierenden Gas gemischt wird. Dies ist die am wenigsten energieeffiziente Methode. Nützlich zur Erzeugung extrem feiner Partikel.

3. Zentrifugale Zerstäubung: Die Tröpfchen werden dadurch erzeugt, dass die Einspeisung durch oder auf eine rotierende Scheibe gepresst wird. Diese Methode ist abnutzungsarm und kann i. d. R. auch über längere Zeiträume betrieben werden.

  • Trocknung: Eine konstante Rate-Phase stellt sicher, dass die Feuchtigkeit schnell von der Partikeloberfläche verdampft. Darauf folgt eine fallende Rate-Periode, in der die Trocknung durch Diffusion von Wasser an die Partikeloberfläche gesteuert wird.
  • Trennung von Pulver und feuchtem Gas: Dies sollte auf wirtschaftliche (d. h. Recyclen des Trockenmediums) und schadstofffreie Weise erfolgen. Feine Partikel werden gewöhnlich über Zyklone, Schlauchfilter, Abscheider oder Scrubber ausgeschieden.
  • Abkühlen und Verpacken

Ein Regelungssystem muss daher in der Lage sein, Flexibilität auf eine Art zu bieten, in der eine akkurate und wiederholbare Sprühtrocknung erzielt wird und welches die folgenden Merkmale aufweist:

  • Präzise Regelung mit Programmierung von Sollwertprofilen
  • Rezeptmanagementsystem mit einfacher Parametrierung
  • Ablaufsteuerung für komplexe Regelungsstrategien
  • Sicheres Speichern von On-Line-Daten aus dem System für Analyse und Nachweis
  • Lokales Bedienerdisplay mit klaren Grafiken und überwachtem Zugriff auf alle Parameter

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