Kurier Nr. 92 - Hochdorf Nutritec AG

wie funkTionierT ein sprühTurm?
Im Sprühtrockner wird Wasser verdampft
In diesem Artikel wird der Prozess der
Sprühtrocknung genauer betrachtet.
Zusammenfassend kann man sagen, dass
eine vorkonzentrierte Flüssigkeit in heisser
Luft versprüht und in einem grossen, leeren
Behälter in der Luft schwebend getrocknet
wird. Aus diesem Prozess resultiert ein
trockenes, gut fliessendes und wieder
auflösbares Pulver.
die sprühtrocknung ist die wohl wichtigste,
schonendste und effizienteste Methode der
Verfahrenstechnik zur trocknung von lösungen,
suspensionen oder pastösen Massen.
Bei der sprühtrocknung wird energie zur Verdampfung
des lösungsmittels (meist Wasser)
aus dem trocknungsgas (meist luft) auf das
zu trocknende gut übertragen. die trocknung
erfolgt in einem grossen, leeren Behälter (siehe
Bild 1) durch Vermischung der versprühten
flüssigkeit mit heissem trocknungsgas unter
gleichzeitigem Verdampfen des lösungsmittels.
Mit düsen oder rotierenden Zerstäuberscheiben
wird die zu trocknende flüssigkeit in
den Heissluftstrom (temperaturen bis 220°c)
eingebracht, der es in Bruchteilen einer sekunde
zu einem feinen Pulver trocknet. die sprüheinrichtung
befindet sich am oberen teil des
sprühturms. das anfallende trockengut wird
durch einen Zyklonabscheider oder einen
filter vom luftstrom getrennt und kann dort
entnommen werden.
Für empfindliche Stoffe geeignet
die gebildeten Pulverteilchen sind Hohlkugeln
(20–200 µm) mit grosser spezifischer oberfläche.
Wegen der geringen Hitzeeinwirkung
ist die sprühtrocknung für empfindliche stoffe,
z.B. Hormone, Proteine, Vitamine, ätherische
Öle und sogar für lebende Bakterienkulturen
geeignet. HocHdorf verwendet die sprühtrocknung
zur Herstellung von Milchpulver aller
sorten, von Molkepulver, Milchproteinkonzentraten
und von Babynahrung. die sprühtrocknung
dient auch als Verfahren zur Mikroverkapselung
von Ölen oder anderen oxidationsempfindlichen
stoffen. leistungsmässig ist
das spektrum sehr gross. es gibt kleine laborsprühtrockner
für die Produktion einiger gramm
Pulver. es werden aber auch sehr grosse anlagen
gebaut. der weltweit grösste sprühturm
steht in neuseeland mit einer kapazität von
über 30 tonnen Pulver pro stunde.
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Bild 2: Das Bild zeigt einen MSD (Multi Stage Drying)-Sprühtrockner.
1 Zerstäubung 2 Trocknung 3 Abscheidung 4 Nachtrocknung, Kühlung
5 Abluftfilter 6 Explosionsschutz 7 Steuerung 8 Energierückgewinnung.
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Die Zerstäubung
für eine effiziente trocknung wird die flüssigkeit
durch ein Zerstäubungsaggregat in kleine
tröpfchen zerteilt. durch die enorme Vergrös ­
serung der spezifischen flüssigkeitsober fläche,
die gleichzeitig die Wärmeaustauschfläche
darstellt, läuft die trocknung wie erwähnt in
kürzester Zeit ab. standardmässig werden
heute für die Zerstäubung Hochdruckdüsen
oder drehzerstäuber verwendet.
Die Trocknung
die ausbildung des luftverteilers am
sprühtrocknerkopf muss auf den Zerstäuber
abgestimmt werden. für düsenzerstäuber ist
eine geringe eintrittsgeschwindigkeit des
trocknungsgases erforderlich. Beim scheibenzerstäuber
muss das trocknungsgas dagegen
mit hoher geschwindigkeit um die scheibe
herum zugeführt werden, um den sprühkegel
nach unten abzulenken. andernfalls würde
er auf die Wandung auftreffen und dort zu
anbackungen (das Pulver klebt an der Wand
des sprühturms fest) führen.
Wenn die teilchen die Wandung am ende der
trocknungskammer erreichen, müssen sie
trocken und nicht klebend sein. dafür muss
die trocknungskammer genügend gross
dimensioniert werden. Bei schwierigen Produkten
kommen feingutrückführung, Zusatzkühlung,
integrierte oder externe fliessbetttrockner
oder andere Verfahrenserweiterungen
zur anwendung. die trocknung erfolgt also
in mehreren stufen und wird deshalb auch
Msd­trocknung (Multi stage drying) genannt
(siehe Bild 2). die meisten der HocHdorf
sprühtürme funktionieren nach diesem Prinzip,
die alten Hochdorfer niro 1 bis 3 mit zwei, die
neuen typen in sulgen inkl. t8 mit drei stufen.
ein gutes Beispiel für einen spezialturm ist der
niro 4 in Hochdorf (siehe Bild 3). er ist als
kombination von sprüh­ und Bandtrocknung
gebaut. in der ersten stufe läuft eine normale
sprühtrocknung mit erhöhtem restwassergehalt
und somit klebrigem Produkt ab. in der
zweiten stufe wird auf einem Band langsam
nachgetrocknet, kristallisiert und gekühlt. Mit
dieser technologie können auch stark klebende
und hochfettige Produkte hergestellt werden.
durch die agglomeration (Zusammenkleben
kleiner, staubiger Pulverpartikel) in der
4 HocHdorf
hochDorf-gruppe
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Bild 1: Düsen dienen der Feinstverteilung im Sprühturm. Im Bild: Hochdruckdüsen mit Pulverrückführung.
Pulverschicht auf dem Band wird eine sehr
gute Wiederbenetzbarkeit und löslichkeit der
Produkte erzielt.
Die Abscheidung
sprühtrockner werden mit Zyklon­ und/oder
filterabscheidung gebaut. Zum erreichen
der vorgeschriebenen reststaubwerte in der
abluft werden im allgemeinen filter eingesetzt.
um das filterpulver direkt im Prozess wieder
verwenden zu können, muss auch der luftfilter
hohe hygienische anforderungen erfüllen.
Die Nebenaggregate
das trocknungsgas (luft) wird mit Ventilatoren
durch die anlage bewegt. die luft wird entweder
mit dampfbeheizten Wärmetauschern oder
durch indirekte erhitzung mit einem erdgasbrenner
erwärmt. die neu zugeführte luft muss
sauber und rein von irgendwelchen Partikeln
sein, um das endprodukt nicht zu kontaminieren
und wird deshalb mehrstufig gefiltert.
Die Lebensmittelsicherheit und Hygiene
die lebensmittelsicherheit eines Pulvers hängt
ab von der Hygiene des Prozesses, der infrastruktur
und des Menschen. Jede sprühtrocknungsanlage
wird deshalb einer sichehrheitsanalyse
unterzogen, um Massnahmen im
Prozess wie thermische Belastungen, hygie­
Bild 3: Dieses Bild zeigt den NIRO-4-Sprühturm in Hochdorf. Dabei handelt es
sich um eine Kombination aus einem Sprüh- und einem Bandtrockner.
nische Bauweise der anlage, luftfilter und
anforderungen an die reinigung (trocken oder
nass) zu definieren. ebenso muss die umgebung
der anlage wie gebäude und infrastruktur
zur geforderten Hygiene der Produkte
passen. eine latente gefahr für kontaminationen
mit Bakterien oder fremdteilen stellt
der Mensch dar, weshalb das Verhalten von
anlagebedienern und Besuchern klar geregelt
werden muss.
Explosionsschutz
in sprühtürmen kann sich wegen des hohen
feinstaubanteiles und dem Vorhandensein
von sauerstoff ein staubexplosionsrisiko aufbauen.
folgende schutzmöglichkeiten kommen
zur anwendung:
– Vermeidung von Zündquellen
– druckentlastung mit Berstscheiben
– explosionsunterdrückung mit eingebauten
«feuerlöschern»
– explosionsdruckfeste Bauweise
– kreislaufbetrieb mit inertgas
alle HocHdorf türme sind mit mindestens
zwei dieser schutzmassnahmen ausgerüstet.
Jeder sprühturm verfügt zudem zusätzlich
über eine löschanlage mit Wasser.
Steuerung
die steuerung der neuen trockner erfolgt über
ein Prozessleitsystem. der Betrieb wird meist
vollautomatisch gestaltet. dadurch wird eine
gleichbleibende Produktqualität erzielt. im
störungsfall wird der trockner automatisch in
einen sicheren Zustand gebracht.
Energie und Wärmerückgewinnung
Bei der sprühtrocknung wird die zu trocknende
flüssigkeit mit heisser luft getrocknet. dies
bedeutet einen hohen energieaufwand, weil
sehr grosse luftmengen mitgeheizt werden
müssen. dies ist der Hauptnachteil der
sprühtrocknung. Walzentrocknung braucht als
Beispiel nur halb so viel energie zur Herstellung
der gleichen Menge Pulver. die eingebrachte
energie verlässt den sprühturm als
feuchte luft auf tiefem temperaturniveau von
ca. 80°c. Wärmerückgewinnung ist aus diesem
grund nur begrenzt möglich.
Jürg Buchli
Leiter Werk Hochdorf