DE60123047T2

DE60123047T2 - Verfahren zur trocknung von feinteiligen stoffen

Info

Publication number: DE60123047T2
Application number: DE60123047T
Authority: DE
Inventors: Johannes Arjen KRUITHOF; Jan Pieter BLOM; Statius Paulus KOSTERS; Josephus Paulus BUSSMANN
Original assignee: Nederlandse Organisatie voor Toegepast Natuurwetenschappelijk Onderzoek TNO
Current assignee: Nederlandse Organisatie voor Toegepast Natuurwetenschappelijk Onderzoek TNO
Priority date: 2000-05-25
Filing date: 2001-05-23
Publication date: 2007-04-12
Anticipated expiration: 2021-05-24
Also published as: EP1287305A1; NL1016895C2; WO2001090669A1; ATE339664T1; DE60123047D1; EP1287305B1; US20040040173A1; AU2001260793A1; US6986213B2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Trocknen eines feinteiligen granulatförmigen Feststoffs unter Verwendung eines Adsorptionsmittels in einem Mischer ohne externe Wärmezufuhr.
Ein solches Verfahren ist beispielsweise aus der DE-A-36 27 751 bekannt, die als dichtester Stand der Technik angesehen werden kann.
Die WO 00/2822 A1 beschreibt, wie eine wässrige Substanz durch Mischen mit Zeolith verarbeitet wird, wobei die Mischung dann erhitzt wird, so dass eine Trocknung der Mischung erfolgt, woraufhin eine teilweise Trennung des Zeoliths und des getrockneten Produkts auf eine solche Weise bewirkt wird, dass die Menge an Abgas beschränkt ist.
Ein Nachteil des Verfahrens der WO 00/2822 A1 besteht darin, dass die zu trocknende Mischung erhitzt werden muss, damit ein adäquater Trocknungsgrad erzielt wird. Trocknungsverfahren gemäß dem Stand der Technik beziehen konduktives und konvektives Trocknen des Produkts ein.
Bei konduktivem Trocknen wird beispielsweise eine Trommel, ein Paddel oder ein konischer Trockner verwendet. Das Produkt wird getrocknet, indem Hitze mittels Konduktion zugeführt wird. Als Folge des Mangels an Wärmeübertragung und der üblicherweise hygroskopischen Natur des zu trocknenden Materials wird eine relativ lange Trocknungszeit in der Größenordnung von 6 bis 16 Stunden benötigt. Die externe Zufuhr von Energie zu dem Trocknungsverfahren ist teuer und die hohe Temperatur, die durch die externe Zufuhr von Energie erreicht wird, kann die zu trocknende Substanz beschädigen oder abbauen.
Wenn konvektives Trocknen verwendet wird, wird das zu trocknende Material in einen Strom heißen Gases eingeführt und nach dem Trocknen in einem Zyklon oder einem Gewebefilter abgetrennt. Ein Nachteil von konvektivem Trocknen ist der hohe Energieverbrauch der Trocknungsanlage. Es ist auch ein Nachteil, dass die Anlage relativ groß ist. Die Tatsache, dass das zu trocknende Produkt aufgewirbelt werden können muss, um durch den heißen Gasstrom transportiert zu werden, stellt einen weiteren Nachteil dar.
Die bekannten Trocknungsanlagen sind außerdem relativ komplex und diese schließen Dampf-, Heißwasser- oder Kühlkreisläufe ein. Eine Vakuumpumpe und ein Kondensator bildet im Allgemeinen ebenfalls einen Teil der Anlagen, die zum Durchführen der Trocknung gemäß dem Stand der Technik verwendet werden.
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Trocknen eines granulatförmigen Feststoffs bereitzustellen, mit dem ein sehr niedriger Feuchtigkeitsgehalt auf eine energieeffiziente Weise innerhalb einer kurzen Zeit erzielt wird. Ein weiteres Ziel besteht darin, ein Verfahren zu liefern, das mit einer relativ einfachen und kompakten Anlage durchgeführt werden kann und bei dem eine Verunreinigung des zu trocknenden Feststoffs verhindert wird.
Dieses solche Ziel wird dadurch erreicht, dass der zu trocknende Feststoff in einem Mischer ohne externe Hitzezufuhr getrocknet wird und dass der getrocknete Feststoff zumindest nahezu vollständig von dem Zeolith-Granulat, vorzugsweise Zeolith Typ A-Granulat nach einer Verweilzeit im Mischer abgetrennt wird. Trocknen des Feststoffs ohne externe Zufuhr von Hitze hat den Vorteil, dass eine erhebliche Einsparung an Energiekosten erzielt wird. Darüber hinaus tritt zumindest nahezu keine Beschädigung oder ein Abbau als Ergebnis des Erhitzens oder der Verbrennung des zu trocknenden Feststoffs auf, da die Temperatur, bei der der zu trocknende Feststoff beschädigt oder abgebaut wird, nicht erreicht wird. Es ist gefunden worden, dass Endfeuchtigkeitsgehalte von 4% erreicht werden können, wenn feinteilige Feststoffe wie Mehl getrocknet werden. Diese Endfeuchtigkeitsgehalte können niedriger sein, wenn chemische Produkte getrocknet werden. Als ein Ergebnis der Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Temperatur unter dem kritischen Wert gehalten, der höchstens 60°C für proteinhaltige Substanzen beträgt und höchstens 40°C für thermisch instabile Substanzen beträgt, wobei ein eingeschränkter Temperaturanstieg als Ergebnis von Adsorption von Wärme durch den Zeolith möglich ist.
In einem einfachen Mischer beträgt die Verweilzeit des Feststoffs weniger als 1 Stunde, vorzugsweise weniger als 0,5 Stunden und bevorzugter weniger als 10 Minuten. Solch niedrige Verweilzeiten werden als Ergebnis der hohen Wasserabsorptionsfähigkeit des Zeolith-Granulats erzielt. Die Konsequenz besteht darin, dass hygroskopische oder thermisch instabile granulatförmige Feststoffe ebenfalls unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens getrocknet werden können. Die hygroskopischen oder thermisch instabilen Feststoffe können feinteilige organische und anorganische Verbindungen oder Mischungen von Verbindungen wie beispielsweise kristalline oder amorphe Chemikalien, Salze, granulatförmige Polymere, amorphe Pulver oder Granulate, Lebensmittel wie beispielsweise Mehlprodukte, Proteine und Kohlenhydrate und lebenden Zellen wie beispielsweise Bakterien und Hefekulturen umfassen. Diese Liste ist jedoch nicht erschöpfend.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird mit einem Reinigungsschritt für die Zeolithgranulate ausgestattet. Der Zweck dieses Reinigungsschritts besteht darin, die sehr feinen Zeolithteilchen, die an den Zeolithkörner haften, von den Zeolithkörnern abzutrennen, um eine Produktverunreinigung zu ver meiden. Dies ist einmal durchzuführen, bevor der Zeolith das erstemal verwendet wird. Ein geeigneter Reinigungsschritt umfasst beispielsweise eine Aufwirbelungsbehandlung, einen Spülvorgang mit einer geeigneten Flüssigkeit oder einen Mischschritt mit einem geeigneten feinteiligen Feststoff. Der Anteil an feinen Zeolithteilchen wird vorzugsweise auf höchstens 0,05% (m/m) in der getrockneten feinteiligen Substanz reduziert.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform werden die Zeolithkörner nach Trennung von der getrockneten feinteiligen Substanz regeneriert und wiederverwendet. Die Produktverunreinigung bleibt auf höchstens 0,03% (m/m) beschränkt. Die Produktverunreinigung kann auch auf höchstens 0,03% (m/m) beschränkt bleiben, wenn das Zeolith-Granulat regeneriert und wiederverwendet wird. Regeneration des Zeolith-Granulats und die Verwendung von Mischen im Wirbelbett führt nicht zu einer Erhöhung der Zeolithverunreinigung.
Die Abtrennung des getrockneten feinteiligen Feststoffs von den Zeolithkörnern basiert vorzugsweise auf einer Diffferenz in der Teilchengröße der beiden Substanzen. Es wird dafür gesorgt, dass die Teilchengrößeverteilung von Zeolithkörnern und die Teilchengrößeverteilung des getrockneten Feststoffs einander nicht überlappen oder einander kaum überlappen, so dass die beiden Substanzen auf eine einfache Weise voneinander getrennt werden können, beispielsweise mittels eines Siebes mit einer vorgegebenen Maschengröße. Die beiden Teilchengrößeverteilungen überlappen einander vorzugsweise höchstens 0,5% (m/m) und bevorzugter höchstens 0,1% (m/m), um Produktverluste zu minimieren.
Die Zeolithkörner sind vorzugsweise gegenüber einem Zerbrechen beständig. Die Bruchfestigkeit der Zeolithkörner weist mindestens einen Durchschnittswert von 30 N auf, bestimmt ge mäß einem Standardtestverfahren wie beispielsweise dem IFP-Verfahren R-28786. Dieser Härtewert liegt vorzugsweise höher, bei einem Wert von 80 N, entsprechend bestimmt gemäß diesem Standardtestverfahren. Die Konsequenz besteht darin, dass die oben erwähnte Trennung mittels eines Siebes auf eine einfache Weise stattfinden kann. Zeolithkörner, die keine ausreichende Bruchfestigkeit aufweisen, zerfallen, wobei der Teil des Korns, der abgebrochen ist, eine Teilchengröße aufweist, die innerhalb der Teilchengrößeverteilung des feinteiligen getrockneten Feststoffs liegt. Da das abgebrochene Material nicht durch das oben erwähnte Sieb zurückgehalten wird, ist der feinteilige getrocknete Feststoff mit Zeolith verunreinigt.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird der zu trocknende feinteilige Feststoff mit einer vorgegebenen Menge Zeolith gemischt, so dass das Verhältnis zwischen der Menge an zu trocknender feinteiliger Substanz und der Menge an Zeolith einen festen Wert aufweist, wobei der feste Wert von den Eigenschaften der zu trocknenden feinteiligen Substanz und den Eigenschaften des getrockneten Endprodukts abhängt. Der Endfeuchtigkeitsgehalt in dem zu trocknenden feinteiligen Feststoff wird beispielsweise verringert, wenn das vorgegebene Mischverhältnis von zu trocknendem Feststoff zu Zeolith abnimmt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das erfindungsgemäßen Verfahren insbesondere für die Trocknung verschiedener Mehltypen wie beispielsweise Weizenmehl und anderer feinteiliger Lebensmittel geeignet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform findet das Mischen des Zeolith-Granulats mit dem zu trocknenden Feststoff und die Trennung des Zeolith-Granulats von dem getrockneten Feststoff in einem kontinuierlichen Verfahren statt.
Die verschiedenen Merkmale sind ausführlicher auf Basis der Ergebnisse der im Folgenden angegebenen Versuche erklärt.
Die Versuche wurden in einem konischen Mischer durchgeführt. Für jeden Versuch wurde der konische Mischer mit Zeolith-Granulat und Weizenmehl in einem spezifischen Massenverhältnis gefüllt. Während des Mischens der beiden Substanzen stieg die Temperatur in gewissem Ausmaß, als Folge der Freisetzung von Adsorptionswärme. Dies erklärt die steigende Temperatur, die während des Mischvorgangs erreicht wurde. Nachdem die Mischdauer verstrichen war, die während des Versuchs 10 Minuten betrug, wurden die Zeolithkörner und das Weizenmehl unter Verwendung eines Siebes voneinander getrennt. Diese Trennung wurde auf Basis der Differenz in der Teilchengröße zwischen dem Weizenmehl und den Zeolithkörnern durchgeführt. Die Ergebnisse der Versuche sind in der folgenden Tabelle angegeben.
Aus den Versuchen ist ersichtlich, dass der Endfeuchtigkeitsgehalt durch Veränderung des Verhältnisses zwischen der Menge an Weizenmehl und der Menge an Zeolithkörnern reguliert werden kann. Für eine vorgegebene Menge Weizenmehl, einen vorgegebenen Anfangsfeuchtigkeitsgehalt und eine vorgegebene Mischdauer führt eine größere Menge Zeolith zu einem niedrigeren Endfeuchtigkeitsgehalt.
Die Trennungseffizienz während des Versuchs war höher als 99,9% (m/m). Regeneration und Wiederverwendung der Zeolithkörner führte zu vergleichbaren Ergebnissen. Nach der Trennung des Mehls von den Zeolithkörnern betrug der Zeolithgehalt in dem Weizenmehlendprodukt ungefähr 0,01% (m/m). Der Weizenmehlgehalt in den zu regenerierenden Zeolithkörnern betrug weniger als 0,1% (m/m). Endfeuchtigkeitsgehalte von 2,7% wurden bei Trocknungszeiten von 1 Stunde erzielt, wonach eine längere Verweilzeit keine weitere Abnahme in dem Endfeuchtigkeitsgehalt anzeigte.

Claims

Verfahren zum Trocknen eines fein verteilten granulatförmigen Feststoffs, wobei der zu trocknende Feststoff mit Zeolith-Granulat gemischt wird, wonach das Trocknen durch Entfernung von Wasser aus dem Feststoff durch den Zeolithen stattfindet und der durch Entfernung von Feuchtigkeit getrocknete Feststoff vom Zeolith abgetrennt wird, wobei der zu trocknende Feststoff in einem Mischer ohne externe Wärmezufuhr getrocknet wird und der getrocknete Feststoff nach einer Verweilzeit im Mischer zumindest sichtbar vollständig vom Zeolith-Granulat abgetrennt wird und das Zeolith-Granulat einem Reinigungsschritt unterzogen wird, bevor das Zeolith-Granulat erstmalig mit dem fein verteilten Feststoff gemischt wird, wodurch fein verteilte Zeolith-Teilchen vom Zeolith-Granulat abgetrennt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Massenverhältnis von Feststoff zu Zeolith zwischen 20:1 und 1:1, vorzugsweise zwischen 10:1 und 1:1 und stärker bevorzugt zwischen 5:1 und 1:1 liegt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Zeo-lith-Granulat nach der Abtrennung von dem getrockneten fein verteilten Stoff regeneriert und wieder verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die mittlere Größe des Zeolith-Korns zwischen 1 mm und 10 mm liegt, wobei die mittlere Teilchengröße des granulatförmigen Feststoffs weniger als 1.000 Mikrometer beträgt, wobei das Verhältnis der mittleren Teilchengröße des Zeoliths zu demjenigen des Feststoffs zwischen 1 und 10.000 beträgt.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilchengrößenverteilung des Zeolith-Granulats die Teilchengrößenverteilung des Feststoffs um weniger als 0,5% (M/M), vorzugsweise weniger als 0,1% (M/M) übersteigt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis zwischen der Menge an zu trocknender fein verteilter Substanz und der Menge an Zeolith einen festgesetzten Wert aufweist, wobei der festgesetzte Wert von den Eigenschaften der zu trocknenden fein verteilten Substanz abhängt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zu trocknende Feststoff Mehl ist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Feuchtigkeitsentfernung bis zu einem endgültigen Feuchtigkeitsgehalt von 0,1% hinab bewirkt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur im Mixer weniger als die Zersetzungstemperatur des zu trocknenden Feststoffs, vorzugsweise zwischen 20 und 50°C beträgt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verweilzeit im Mixer weniger als 1 Stunde, vorzugsweise weniger als 0,5 Stunden und stärker bevorzugt weniger als 10 Minuten beträgt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Zeolith eine Bruchfestigkeit auf weist, die größer als 30 N, vorzugsweise größer als 50 N und stärker bevorzugt größer als 75 N ist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Mischen und Abtrennen von Zeolith-Granulat ein kontinuierliches Verfahren ist.