Ein rotierender Paddeltrockner verarbeitet Pasten und Schlämme durch gerührte Wärmeleitung unter Vakuum oder in einer geschlossenen Wanne. Welche Aufgabegüter passen und wie die Aufgabe ausgelegt wird.
Ein rotierender Paddeltrockner trocknet Pasten und Schlämme, indem er das Material an einer beheizten Fläche hält, während ein Rührwerk das Haufwerk fortlaufend umfaltet, sodass ständig frisches Material an diese Fläche gelangt. Die Aufgabe läuft entweder unter Vakuum in einem geschlossenen Chargenbehälter oder kontinuierlich durch eine abgedichtete Wanne. Welche Bauart passt, entscheiden die Beschaffenheit des Aufgabeguts und die Anlage drumherum – nicht der Maschinenname.
Pasten und Schlämme sind die beiden Aufgabebeschaffenheiten, die eine Heißlufttrocknung ausschließen, und zugleich die beiden, bei denen die Konstruktionsdetails abseits der Heizfläche die meisten Betriebsprobleme verursachen. Dieser Artikel behandelt, was jede Aufgabebeschaffenheit verlangt, wie sie charakterisiert wird und wie die Arithmetik der Wasserentfernung das Projekt rechtfertigt.
Wofür ein rotierender Paddeltrockner am besten geeignet ist
Pasten und Schlämme beschreiben ein Förderproblem, keine chemische Fragestellung. Gemeinsam ist diesen Aufgabegütern, dass sie nass, zäh und oft nicht fließfähig anfallen und daher nicht durch Überströmen mit Heißluft getrocknet werden können. Ein rotierender Paddeltrockner löst das, indem er das Material wiederholt mit einer beheizten Fläche in Kontakt bringt und es bewegt, sodass sich der Kontakt ständig erneuert.
Die folgende Tabelle zeigt, wie sich jede Aufgabebeschaffenheit im Betrieb verhält und was die Konstruktion daraufhin leisten muss. Die Unterschiede sind wichtig, denn sie bestimmen die Wahl von Rührwerk, Dichtung, Austrag und Brüdensystem.
Aufgabeformen und ihre Anforderungen
| Aufgabeform | Verhalten im Betrieb | Was die Konstruktion leisten muss |
|---|---|---|
| Pumpfähige Paste | Fließt ein und setzt sich ab; sie fällt nicht von selbst um | Rührung, die das Haufwerk umfaltet und nicht nur umrührt |
| Klebriger Filterkuchen | Verdichtet sich und haftet an der heißen Wand | Fortlaufendes Abschaben der Wärmeübertragungsfläche |
| Entwässerter Schlamm | Trägt viel Wasser bei wenig Feststoff und ist oft geruchsintensiv | Hohe Verdampfungsleistung plus Brüdeneinhausung und Geruchskontrolle |
| Rieselfähiges Pulver oder Granulat | Bewegt sich leicht und erzeugt Staub | Schonende Behandlung und ein geschlossener Weg zur Staubbegrenzung |
Das Aufgabegut charakterisieren, bevor eine Bauart festgelegt wird
Aufgaben mit Pasten und Schlämmen scheitern meist an Eigenschaften, die ein Produktdatenblatt nicht enthält. Sieben Messgrößen entscheiden über die Konstruktion, und die erste fehlt am häufigsten.
- Trockensubstanzgehalt des angelieferten Aufgabeguts sowie die angestrebte Trockensubstanz nach der Trocknung. Wasserfracht und Volumenreduzierung ergeben sich beide aus diesen zwei Zahlen.
- Ob die Flüssigkeit Wasser oder ein Lösungsmittel ist, denn ein Lösungsmittel bringt eigene Verdampfungsenthalpie, Zündgruppe und Rückgewinnungsaufgabe mit.
- Adhäsion: ob das Material an einer warmen Stahlfläche haftet. Diese eine Eigenschaft entscheidet, ob ein Schaber unerlässlich oder nur nützlich ist.
- Abrasion: Sand und mineralische Feinteile im Schlamm verschleißen sowohl das Rührwerk als auch die Wand und beeinflussen die Werkstoffwahl.
- Korrosion: pH-Wert, Chloridgehalt und das Vorhandensein von Halogeniden entscheiden, ob eine Standard-Edelstahlsorte ausreicht oder eine höher legierte Werkstoffauswahl erforderlich ist.
- Geruch und Gehalt an flüchtigen Bestandteilen, die Brüdeneinhausung, Wäsche und die Druckstufe des geschlossenen Systems bestimmen.
- Wie das Aufgabegut zugeführt wird – kontinuierlich aus einem vorgelagerten Filter, einer Presse oder Zentrifuge oder in diskreten Chargen.
Zwei dieser Punkte verdienen einen Technikumsversuch statt einer Schätzung. Adhäsion und Abrasion lassen sich nicht aus einem Datenblatt ablesen, und beide entscheiden darüber, ob die Maschine auch im dritten Jahr noch leistet und nicht nur in der ersten Woche.
Drei Wege, eine Paste zu verarbeiten
Ist das Aufgabegut charakterisiert, ergibt sich die Geometrie meist von selbst aus den Zahlen. Die Familie der rotierenden Paddeltrockner deckt die meisten Pasten- und Schlammaufgaben mit drei Bauarten ab, die sich darin unterscheiden, wo die Wärme in das Material gelangt und ob die Aufgabe kontinuierlich laufen kann.
Gerührte Bauarten für Pasten- und Schlammaufgaben
| Bauart | Wo die Wärme eintritt | Rührwerk | Betriebsart |
|---|---|---|---|
| Horizontaler Vakuum-Paddeltrockner | Mantelwand | Schaberrührwerk auf zentraler Welle | Chargenbetrieb, unter Vakuum |
| Kontinuierlicher Schaufeltrockner mit Hohlschaufeln | Mantel plus beheizte Keilschaufeln auf Hohlwellen | Zwei bis vier Hohlwellen, selbstreinigend | Kontinuierlich oder Chargenbetrieb, geschlossene Wanne |
| Vertikaler Konus mit beheiztem Wendelband (Vakuum-Konus-Schnecken-Trockner) | Mantel plus das innenliegende Wendelband | Wendelband hebt das Haufwerk an und lässt es kaskadieren | Chargenbetrieb, unter Vakuum |
Die horizontale Vakuum-Paddelbauart ist das Chargen-Arbeitstier für eine Paste, die kühl und sauber getrocknet werden muss. Ihr Rührwerk hat eine einzige Aufgabe: Es hält die beheizte Wand abgestrichen, was die trockene Schicht verhindert, die das Haufwerk sonst isolieren und die Charge im letzten Drittel zum Erliegen bringen würde. Sie ist die richtige Antwort, wenn die Charge mittelgroß, das Produkt wärmeempfindlich und die Lösungsmittelrückgewinnung Teil der Aufgabe ist.
Die kontinuierliche Schaufelbauart mit Hohlschaufeln übernimmt dasselbe Wärmeleitungsprinzip und ergänzt beheizte Fläche mitten im Haufwerk, indem das Heizmedium durch keilförmige Schaufeln auf Hohlwellen strömt. Die Temperatur des Heizmediums reicht von -40 °C bis 320 °C, und die Keilgeometrie schabt die Wärmeübertragungsfläche beim Drehen sauber. Da der Körper eine abgedichtete Wanne mit einem Überlaufwehr als Austragsschieber ist, lässt sich Material kontinuierlich hindurchfördern – das macht diese Bauart zur üblichen Wahl für die Volumenreduzierung von Schlamm und Filterkuchen im großen Maßstab.
Der vertikale Konus mit innenliegendem Wendelband dient wiederum einem anderen Zweck. Er verbindet Trocknung mit Mischung, sodass eine Paste oder ein Harz, das während des Trocknens intensiv durchmischt werden muss, in einem einzigen Behälter statt in zweien fertiggestellt werden kann.
Volumenreduzierung: Die Rechnung, die das Projekt rechtfertigt
Bei Schlamm ist der Geschäftsfall reine Arithmetik. Man nehme 100 kg entwässerten Schlamm mit 20 % Trockensubstanz. Die Trockenmasse beträgt 20 kg. Bringt der Trockner das Produkt auf 90 % Trockensubstanz, beträgt die Endmasse 20 geteilt durch 0,9, also 22,2 kg. Entscheidend ist die nächste Zahl: Entfernt werden 77,8 kg Wasser, sodass die vom Standort abgefahrene Tonnage um rund 78 % sinkt.
Diese Reduzierung ist es, die die Anlage bezahlt. Transport und Entsorgung werden je Tonne Nassmaterial berechnet; Wasser vor dem Transport zu entfernen, senkt also eine Kostenposition, die monatlich wiederkehrt statt nur einmal. Dieselbe Rechnung erklärt, warum eine Schlammaufgabe üblicherweise über die Verdampfungsrate und nicht über das Behältervolumen angeboten wird: Der rotierende Paddeltrockner ist ein Gerät zur Wasserentfernung, und seine Leistung wird davon bestimmt, wie viel Wasser er pro Stunde verdampfen kann.
Die begrenzende Größe ist die Energie, nicht das Volumen. Wasser durch Verdampfung zu entfernen kostet stets die Verdampfungsenthalpie, und indirekte Wärmeleitungsbauarten sind darin effizient: Die KJG-Schaufeltrockner-Baureihe wird mit etwa 1,22 kg Dampf je verdampftem Kilogramm Wasser angegeben, weil die Wärme durch die Wand übertragen wird und nicht in einem Heißluftstrom mitgeführt wird, der anschließend warm entweicht. Selbst dann ist der ehrliche Vergleich nicht der mit dem Nichtstun, sondern der mit der mechanischen Entwässerung, die Wasser weit günstiger entfernt. Die Trocknung verdient ihren Platz am Ende der Kette, nachdem Presse oder Zentrifuge das Aufgabegut so weit gebracht haben, wie es wirtschaftlich möglich ist.
Chargen- oder Kontibetrieb – und was jeweils nötig ist
Die Wahl zwischen Chargen- und Kontibetrieb entscheidet sich meist an der dem Trockner vor- und nachgelagerten Anlage und nicht am Trockner selbst.
Was Chargen- und Kontibetrieb jeweils erfordern
| Aspekt | Chargenbetrieb, horizontaler Vakuum-Paddeltrockner | Kontibetrieb, Wanne mit Hohlschaufeln |
|---|---|---|
| Aufgabe | Diskrete Chargen aus einem Reaktor oder Hordenwagen | Ein gleichmäßiger Strom aus Filter, Presse oder Zentrifuge |
| Vakuum | Behälter für jede Charge verschlossen und evakuiert | Abgedichtete Wanne mit Brüdenabsaugung; Vakuum optional |
| Produktwechsel | Unkompliziert; der Behälter entleert sich vollständig | Erfordert Spülung oder eine eigene Anlage |
| Durchsatz im großen Maßstab | Mehrere Behälter parallel | Eine größere Maschine trägt die gesamte Aufgabe |
| Zyklus- bzw. Verweilzeit | Je Charge am Material festgelegt | Durch Verweilzeit und Wehrhöhe festgelegt |
| Üblicher Einsatz | Wärmeempfindliche, lösungsmittelfeuchte Feststoffe mit höherem Wert | Schlamm und Filterkuchen mit hoher Tonnage |
Der zu vermeidende Fehler ist, Kontibetrieb automatisch für besser zu halten. Eine kontinuierliche Maschine braucht eine gleichmäßige Aufgabe; eine Anlage, die Schlamm nur zeitweise anfallen lässt, wird den rotierenden Paddeltrockner daher entweder deutlich unter seiner Auslegungsleistung fahren oder Aufgabegut puffern, um ihn zu speisen. Eine Chargenmaschine verträgt eine ungleichmäßige Versorgung und gibt jeder Charge ihre eigene Verweilzeit – deshalb bleiben wärmeempfindliche und lösungsmittelfeuchte Aufgaben meist im Chargenbetrieb, auch wenn die Mengen wachsen.
Austrag, Geruch und Einhausung
Die Teile einer Pasten- und Schlammaufgabe, die die meisten Betriebsprobleme verursachen, sind nicht die Trocknungsfläche. Es sind Austrag und Einhausung.
- Austrag: Eine getrocknete Paste kann überbrücken oder hängen bleiben, daher sind die Geometrie des Auslaufs und eine eventuelle Unterstützung durch das Rührwerk wichtiger als die Nennweite der Öffnung. Ein abgedichteter Austrag, der das Produkt freigibt, ohne die Vakuumumgebung zu brechen, hält den Zyklus kurz.
- Geruch und flüchtige Bestandteile: Die Schlammtrocknung setzt geruchsintensive Brüden frei; der Brüdenweg ist daher geschlossen und wird zur Kondensation, Wäsche oder thermischen Behandlung geführt, statt in den Arbeitsraum abgelüftet zu werden.
- Staub: Getrockneter Schlamm und feine Pulver erzeugen beim Austrag Staub; Filtermedien am Brüdenausgang halten Feinteile aus dem Vakuumsystem und dem Kondensator heraus.
- Kondensat: Das entfernte Wasser muss irgendwohin, und das Kondensat aus Schlamm ist oft mit flüchtigen Bestandteilen beladen; es wird daher üblicherweise einer Behandlung zugeführt und nicht in den Abfluss geleitet.
Auf der Maschinenseite laufen diese Aufgaben auf die Dichtung zurück, denn eine Wellendichtung entscheidet darüber, wie gut der Behälter seinen Druck über die Lebensdauer hält, sowie auf einen Kondensator, der auf die Spitzenverdampfungsrate und nicht auf einen Mittelwert ausgelegt ist.
Wie es weitergeht
Bewährt hat sich diese Reihenfolge: zuerst das Aufgabegut charakterisieren, dann entscheiden, ob die Anlage einen gleichmäßigen Strom liefern kann, und erst danach eine Geometrie wählen. Pasten und Schlämme bestrafen Annahmen, die aus dem Augenschein getroffen werden; deshalb ist eine Technikumscharge mit dem tatsächlichen Material mehr wert als ein weiteres Angebot. Handelt es sich um eine wärmeempfindliche Paste mit Lösungsmittel, beginnen Sie mit der Chargen-Vakuum-Paddelbauart. Geht es um Schlamm oder Filterkuchen mit hoher Tonnage, vergleichen Sie sie vor der Entscheidung mit der kontinuierlichen Schaufelmaschine.
Häufig gestellte Fragen
- Welche Art von Schlamm kann ein Paddeltrockner verarbeiten?
- Filterpresskuchen, Zentrifugenkuchen sowie kommunale und industrielle Schlämme trocknen in einer gerührten Wärmeleitungsmaschine gut, sofern die Konstruktion dem mit ihnen verbundenen Sand, Chlorid und Geruch Rechnung trägt. Begrenzende Faktoren sind meist Abrasion und Korrosion und nicht der Wassergehalt; beide werden über die Rührwerkskonstruktion und die Werkstoffwahl gelöst.
- Wie viel Volumen entfernt die Trocknung aus dem Schlamm?
- Man nehme 100 kg Schlamm mit 20 % Trockensubstanz. Die Trockenmasse beträgt 20 kg; die Trocknung auf 90 % Trockensubstanz lässt also 20 geteilt durch 0,9, d. h. 22,2 kg, übrig und entzieht 77,8 kg Wasser. Das ist eine Verringerung um rund 78 Gewichtsprozent und die Einsparung, die sich bei jeder abgefahrenen Tonne wiederholt. Die tatsächliche Zahl hängt vom Aufgabegut und von der angestrebten Trockensubstanz ab.
- Kann ein rotierender Paddeltrockner eine Paste trocknen, die überwiegend aus Wasser besteht?
- Ja, und eine hohe Wasserfracht ist der Normalfall einer Pastenaufgabe: Sie ist die auslegungsbestimmende Größe, nicht der Feststoff. Die praktische Frage ist, ob die verfügbare Wärmeübertragungsfläche dieses Wasser innerhalb einer für die Anlage vertretbaren Zykluszeit entfernen kann. Kann sie das nicht, liegt die Antwort meist in mehr beheizter Fläche oder in mechanischer Entwässerung vorgelagert – nicht in mehr Vakuum.
- Müssen Pasten oder Schlämme vor der Trocknung vorbehandelt werden?
- Meist nicht, doch lohnt es sich, das zu entfernen, was der Trockner nicht bewältigen kann. Metallfragmente und grober Sand beschädigen das Rührwerk, daher schützt ein vorgelagertes Sieb oder ein Abscheider die Maschine, und freie Flüssigkeit, die zuvor abgelassen oder ausgepresst werden kann, ist mechanisch günstiger zu entfernen als durch Verdampfung.
- Verschleißt abrasiver Schlamm den Trockner?
- Abrasion ist für Schlamm eine echte Auslegungsbedingung und kein Sonderfall. Begegnet wird ihr durch eine härtere oder dickere Verschleißfläche und durch eine niedrige Rührwerksdrehzahl; dieselbe Eigenschaft führt meist dazu, dass die benetzten Teile nicht aus einer Standard-Edelstahlsorte bestehen sollten. Ein Technikumslauf mit dem tatsächlichen Aufgabegut ist der verlässliche Weg, die Verschleißrate zu beurteilen.
- Welcher Trockensubstanzgehalt lässt sich erreichen?
- Eine einzelne Zahl gibt es nicht. Der erreichbare Trockensubstanzgehalt hängt vom Material, von der vom Produkt vertragenen Manteltemperatur und von der Zykluszeit ab, die die Anlage akzeptiert. Um einen Zielwert seriös festzulegen, sollte man ihn in einem Technikumsversuch mit dem tatsächlichen Aufgabegut bestimmen, statt eine Zahl aus einer ähnlich klingenden Anwendung zu übernehmen.
- Ist Geruch bei der Schlammtrocknung ein Problem?
- Er ist die wesentliche Umweltfrage dieser Aufgabe, weshalb der Brüdenweg durchgängig geschlossen ist. Der aus dem Behälter abgezogene Brüden wird zu einem Kondensator und anschließend zur Wäsche oder thermischen Behandlung geführt statt abgelüftet, und das Kondensat ist selbst mit flüchtigen Bestandteilen beladen, sodass es üblicherweise einer Behandlung zugeführt und nicht in den Abfluss geleitet wird.