Contactdroger voor proceswater

Innovatieve en efficiënte droogtechnologie

De Allgaier CD-droger is een efficiënte machine voor de productie van vaste stoffen met een laag restvochtgehalte via droging van proceswater met vaste, opgeloste of gesuspendeerde bestanddelen. De machine wordt al decennialang wereldwijd succesvol wordt toegepast in tal van sectoren. Allgaier Process Technology GmbH heeft de CD-droger recentelijk volledig opnieuw ontworpen voor toepassingen in de Europese markt. De state-of-the-art­machine prijkte in 2018 op de shortlist van de Achema Innovation Award.

Vooraf indikken voor lagere energiekosten

In de meeste gevallen is het zinvol om de te verwerken materiaalstromen vooraf in te dikken. Hoe hoger het vaste stofgehalte, des te minder water moet worden verdampt en des te lager zijn de energiekosten. Enkele methoden om een vloeistof voorafgaand aan het droogproces in te dikken zijn meertrapsverdamping, omgekeerde osmose en ultrafiltratie.

Drooginstallaties voor de winning van vaste stoffen uit oplossingen of suspensies kunnen worden ingedeeld in twee categorieën: convectiedrogers (zoals wervelbed- en sproeidrogers) en contactdrogers (zoals wals-, dunnefilm- en schijvendrogers).

 

Convectiedrogers

Werkingsprincipe

Convectiedrogers maken gebruik van hete gassen die ontstaan bij de verbranding van aardgas, stookolie of biomassa. De afgassen worden in vele gevallen gemengd met omgevingslucht en ingezet om stoom op te wekken of thermische olie te verhitten. Vervolgens zorgen warmtewisselaars voor de verwarming van verse lucht die in het te drogen materiaal wordt geleid. De warmte voor de waterverdamping wordt dus overgedragen door lucht. Tijdens het droogproces wordt een vochtige luchtstroom met stofdeeltjes en soms ook gasvormige componenten naar de omgeving afgevoerd.

Beperkingen

Deze luchtstroom dient te worden gereinigd en leidt bovendien tot een aanzienlijk warmteverlies. Ook de reiniging ervan met vaak grote filterinstallaties of gaswassers is een kostbare aangelegenheid. Weliswaar zijn er convectieve drogers met een gesloten gaskringloop die het energieverbruik beperken, maar dit zijn complexe installaties die zowel in aanschaf, onderhoud als reparatie veel kostbaarder zijn dan open systemen.

Contactdrogers

Werkingsprincipe

Contactdrogers brengen de warmte voor de waterverdamping over via een wand­oppervlak. In de regel wordt dit oppervlak verhit met verzadigde stoom onder hoge druk.

Voordelen

De zeer hoge warmteoverdracht, kenmerkend voor de condensatie van stoom, beperkt de grootte van het benodigde wandoppervlak. Contactdrogers verbruiken weinig meer energie dan nodig is voor de opwekking van de stoom. Voor de waterverdamping in het product zijn slechts kleine luchtvolumes nodig, zodat de bijbehorende warmteverliezen laag zijn. Dit betekent dat de afgevoerde drooglucht niet of nauwelijks behandeling vereist. Een contactdroger is daarmee aanzienlijk economischer dan een convectiedroger.

Dunnefilmdrogers en walsdrogers

Contactdrogers zijn wat betreft hun specifiek energieverbruik vergelijkbaar met eentrapsverdampers zoals dunnefilmdrogers. Een dunnefilmdroger is echter gevoelig voor vloeistof­doorbraken bij een variatie in de concentratie, de viscositeit of de hoeveelheid van de toegevoerde vloeistof. Dit vereist een zeer precieze besturing van het droogproces. 
Walsdrogers bestaan uit twee met stoom verwarmde cilinders waartussen het te drogen materiaal wordt gevoerd. Het materiaal wordt vervolgens op de wand geperst en aan weerszijden van de cilinders afgeschraapt. Voor een industriële productiecapaciteit zijn zeer grote cilinders nodig met tot wel 50 mm dikke wanden - om de optredende drukken daarin te kunnen weerstaan. Aangezien het gedroogde product over de volle lengte van de cilinders moet worden afgeschraapt zijn bovendien gecompliceerde, instelbare messystemen nodig.

Allgaier CD-droger

Bij de Allgaier CD-droger vindt de contactdroging plaats op dubbelwandige, met stoom verwarmde schijven. De verkregen vaste stof wordt continu van de schijven afgeschraapt als een droog, vrijstromend materiaal. Deze droger kan ondanks zijn compacte bouw een waterverdamping tot 4 ton per uur realiseren.

De Allgaier CD-droger kan ondanks zijn compacte bouw een waterverdamping tot 4 ton per uur realiseren

Droogprincipe

De te behandelen vloeistof wordt via ‘feed pipes’ in overmaat geleid op beide zijden van elke met stoom verwarmde schijf van een roterende schijvenbundel. Bij het afvloeien naar een recirculatietank laat de vloeistof op de hete schijven een film achter. Dankzij de dun uitgevoerd wanden van de schijven is sprake van een grote warmteoverdracht en een efficiënt droogproces. Het water in de film verdampt nog voordat de schijven één omwenteling hebben gemaakt. Er ontstaat een vaste stof die met messen van de schijven wordt afgeschraapt. Het droge materiaal valt in een productgoot die het materiaal voor verdere verwerking afvoert. De korte, zelfinstellende messen sluiten altijd optimaal op de schijf aan. De geringe hoeveelheid maar zeer vochtige drooglucht wordt aan de bovenzijde van de CD-droger middels een ventilator afgezogen.

Procesbesturing

De CD-droger wordt geleverd met schijven en messen in uitvoeringen en materiaalsoorten (zoals kunststof, roestvast staal en keramiek) die zijn berekend op de specifieke toepassing. Voor de verhitting van de schijven kan verzadigde stoom tot een druk van 4 bar(g) worden ingezet. Het is echter ook mogelijk om een energetisch voordeel te behalen door gebruik te maken van beschikbare lagedrukstoom.

Het droogproces is instelbaar door de rotatiesnelheid van de schijven aan te passen. Een lager toerental zorgt voor een droger eindproduct. Aangezien de overmaat vloeistof terugloopt in de recirculatietank is er geen systeemrisico van een vloeistofdoorbraak in het droge materiaal. De procesbesturing bewaakt continu het niveau in de recirculatietank. Het proces is dus niet gevoelig voor fluctuaties in de aanvoer, samenstelling of viscositeit van de vloeistof. Afhankelijk van de materiaaleigenschappen en procescondities ontstaan poeders, korrels of flakes. Het droogproces is elk moment visueel te inspecteren via een groot venster met veiligheidsglas.

Vloeistofconcentratie

Met enige aanpassingen laat de Allgaier CD-droger zich ook inzetten voor de concentratie van vloeistoffen. 

Het concentreren van de te behandelen vloeistoffen is niet alleen raadzaam vanwege de te bereiken energiebesparing in het droogproces. Een ander argument is dat ook de viscositeit van de vloeistof van belang is voor het procesverloop. Dunne vloeistoffen kunnen te snel van de verwarmde schijven aflopen. Ze laten dan op de schijven onvoldoende film achter, waardoor de capaciteit van de droger afneemt. Als vuistregel geldt dat de viscositeit moet liggen tussen 10 en 1.500 mPs. In vele gevallen komt dat overeen met een vaste stofgehalte van 10-15%. Deze concentraties (tot circa 35%) kunnen worden gerealiseerd met een meertrapsverdamper of een combinatie van ultrafiltratie- en omgekeerde osmosesystemen.

Het droogsysteem wordt als complete unit geleverd, zodat hij snel en met een minimaal ruimtebeslag kan worden geïnstalleerd. 

 

cd-droger testen op betrouwbaarheid

In elk geval is het nodig om testen uit te voeren om een betrouwbaar droogproces te realiseren zonder te veel reinigingsintervallen.

Voor het ontwerp van industriële CD-drogers worden in het technische centrum van Allgaier Process Technology GmbH in Uhingen testen op pilotschaal uitgevoerd. Deze testen geven informatie over onder andere het specifieke verdampingsvermogen per vierkante meter schijfoppervlak, het te bereiken restvochtgehalte bij een bepaalde schijfsnelheid, de optimale stoomdruk en de daarmee samenhangende oppervlaktetemperatuur van de schijven. Hierbij dient men te bedenken dat de relatie tussen de stoomdruk, de bijbehorende oppervlaktetemperatuur van de schijven en de specifieke waterverdamping soms complex is. Zo kan een te hoge temperatuur de verdamping nadelig beïnvloeden, bijvoorbeeld door de vorming van waterdamp (‘luchtbellen’) tussen de schijf en het product waardoor de droogsnelheid afneemt. Op basis echter van een gedegen evaluatie van alle metingen kan een betrouwbaar ontwerp worden gemaakt voor het uiteindelijke droogproces.