Luftversorgung entscheidend für Wirtschaftlichkeit
Ohne den Einsatz von Prozessluft bei der Förderung oder Bearbeitung von Rohmaterialien, Vorprodukten und Enderzeugnissen wäre die industrielle Lebensmittelproduktion kaum denkbar. Darüber hinaus spielt komprimierte Luft eine wichtige Rolle für viele weitere verfahrenstechnische Anwendungen. Die Be- und Entladung von Transportmitteln und Lagerstätten, Auflockerungs- oder Sortierprozesse sowie Konfektionierung und Verpackung sind nur einige Beispiele.
Für Anwender in der Lebensmittelindustrie bedeutet das: Neben den industrieübergreifenden Anforderungen an die Erzeugung von Prozessgasen z.B. Lufreinheit kommen weitere Kriterien zum Tragen. So muss durch geeignete technische Maßnahmen sichergestellt werden, dass es nicht zu unerwünschten Wechselwirkungen zwischen Prozessluft und Material kommt. Beispielsweise ist es von großer Bedeutung, eine Kontamination durch Hilfsstoffe aus der Prozesslufterzeugung sicher auszuschließen. Die nach ISO 8573-1, Klasse 0, zertifizierte Ölfreiheit wird zur Bedingung für den Einsatz von Gebläsen, Verdichtern und Zubehör. Auch eine zu hohe Temperatur der erzeugten Prozessluft kann die Transportgüter beschädigen. Darüber hinaus stellt Feuchtigkeit im Fördermedium Luft ein Problem mit potenziell ebenso schwerwiegenden Folgen dar. Kondensiert der in der Prozessluft enthaltene Wasserdampf, kann er nicht nur die Produktqualität beeinträchtigen, sondern zudem kritisch für den gesamten Produktionsablauf werden. Anlagen mit hochsensiblen Anwendungen zeichnen sich dadurch aus, dass Erzeugung der Prozessluft mittels Gebläsen und Verdichtern und die anschließende Aufbereitung durch Filter, Trocknung und Kühlung einen abgestimmten Kreislauf bilden. Insbesondere die Prozessluft-Trocknung stellt eine technische Herausforderung dar, die wir gerne für Sie meistern.
Feuchtigkeit in der Prozessluft als Herausforderung
Feuchtigkeit in der Prozessluft kann bei pneumatischen Förderprozessen gleich auf mehrere Weisen zu Problemen führen, denn die Prozessluft kommt meist direkt mit dem Produkt in Kontakt. Die Lebensmittelindustrie verarbeitet nämlich auch hygroskopische Produkte wie Zucker, Kakao, Stärke oder Gewürze. Nehmen diese Feuchtigkeit auf, begünstigt dies das Wachstum von Bakterien, sodass in Abhängigkeit von der Lagerdauer der Verlust der Rohstoffe droht. In den Randbereichen von Silos kann sich das Material außerdem verhärten. Die Feuchtigkeitseinwirkung beeinträchtigt daneben die Förderung signifikant. Feuchtes Schüttgut hat ein geringeres Fließvermögen und neigt daher dazu, die Förderleitungen zuzusetzen. Das kann zu Produktionsausfällen, z. B. bei Rohrverstopfungen oder zumindest zu Verzögerungen führen. Anhaftungen an Anlagenteilen erschweren die Verarbeitung zusätzlich. Dies schlägt sich unmittelbar in steigenden Produktionskosten für den Anwender nieder.
Als kurzfristige Abhilfe bei leicht verklebendem Fördergut können mechanische Vorrichtungen dienen. Hierzu zählen z. B. Hämmer oder Vibrationsplatten, die das Schüttgut lockern bzw. abrieseln lassen. Diese Maßnahmen wirken aber oft nur vorübergehend zur Wiederherstellung der Förderung. Die negativen Folgen für das Endprodukt, die auf Feuchtigkeitsaufnahme während Lagerung, Transport und Verarbeitung zurückgehen, bleiben bestehen. Für die Trocknung der Lebensmittel kommen durchlüftbare Container und Trommeltrockner zum Einsatz. Hier beruht das Prinzip oft darauf, dass möglichst trockene Luft an den Materialien vorbeiströmt und dem Schüttgut Feuchtigkeit entzogen wird. Nach dem Abkühlen der Luft entsteht Kondensat, welches gezielt aus dem Prozess abgeführt wird. Findet dieser Vorgang in einem geschlossenen System statt, lässt sich viel von der erzeugten Wärme weiternutzen, die bei der Verdichtung der Prozessluft automatisch entsteht. Eine wirksame Lösung, die bereits beim Feuchtigkeitseintrag bei der pneumatischen Förderung ansetzt, stellen dem Gebläse oder Verdichter vor- oder nachgeschaltete Geräte zur Prozessluft-Trocknung dar. Diese können die Luftfeuchtigkeit nach den Erfordernissen der Prozesse des Anwenders reduzieren bzw. den Taupunkt herabsetzen. Dass die Geräte flexibel arbeiten müssen, ist unbedingt notwendig. Denn der Feuchtegehalt der atmosphärischen Luft variiert zum einen im Tagesablauf und zum anderen zwischen den Jahreszeiten.
Prozessluft-Trocknung im Detail
Prozessluft-Trockner stellen die relative Luftfeuchtigkeit und den Taupunkt des verdichteten Mediums ein. Hintergrund: Das Vermögen der Luft, eine bestimmte Menge Wasserdampf aufzunehmen, ist abhängig von der Lufttemperatur und dem Luftdruck. Ausgehend von dieser maximalen Kapazität gibt der Wert für die relative Luftfeuchtigkeit an, zu welchem Grad die Luft mit Wasserdampf gesättigt ist. Sinkt die Lufttemperatur bei einem konstanten Wassergehalt der Luft, dann steigt im Gegenzug die relative Luftfeuchtigkeit. Wenn die Temperatur am Taupunkt angelangt ist, liegt die relative Luftfeuchtigkeit bei 100 Prozent. Bei jeder weiteren Absenkung der Temperatur kommt es zur Kondensation des Wasserdampfs. Niedrige Taupunkte und niedrige relative Luftfeuchtigkeiten stellen das Ziel der Prozessluft-Trocknung dar.
Anlagen für die Trocknung von Prozessluft
Ab einer relativen Feuchtigkeit von 65 Prozent besteht die erhöhte Gefahr, dass die Prozessluft Schimmelbildung beim Schüttgut auslöst. Dann müssen Anlagen für die Trocknung zum Einsatz kommen. Am besten geschieht das bereits bei der Materialannahme. Aufbereitete Prozessluft, die schon eine Trocknung durchlaufen hat, bringt das Schüttgut ohne Feuchtigkeitseintrag in das Lager. Auch im Silo oder Laderaum verhindert die entfeuchtete Luft, dass die Rohstoffe verkleben.
Bei Anwendungen mit weniger anspruchsvollen Anforderungen an die Feuchtigkeit der Prozessluft reichen Kondensationstrockner aus. Hier kondensiert der Wasserdampf aus der Luft an Kühlregistern oder Wärmetauschern.
Relative Luftfeuchten unter 50 Prozent bei Raumtemperatur oder Taupunkte kleiner als 10 °C lassen sich mit einem Kondensationstrockner nicht erreichen. Prozessluft-Anwendungen zur Handhabung empfindlicher hygroskopischer Stoffe, wie sich in der Pharmaindustrie finden, gelingen nur unter dem Einsatz der Sorptions/-oder Kältetrocknung.
Die Prozessluft-Trocknung per Sorption benötigt möglichst niedrige Lufttemperaturen. Der Prozess beruht auf einem sogenannten Sorptionsmittel, das der Luft das Wasser entzieht. Nach der Verdichtung passiert die Prozessluft daher einen Vorkühler, der die Lufttemperatur auf das niedrigere Sollniveau bringt. Nun strömt die Prozessluft durch einen sich konstant drehenden Rotor, der mit dem hygroskopischen Sorptionsmittel beschichtet ist. Dieses bindet den Wasserdampf, sodass das austretende Medium einen reduzierten Feuchtigkeitsgehalt aufweist. Ohne die Regeneration des Sorptionsmittels würde der Rotor jedoch mit der Zeit durchlässig für den Wasserdampf. Daher treibt ein weiterer Luftstrom die im Rotor angelagerten Wassermoleküle aus. Er ist bis zu 130°C warm, weist jedoch einen deutlich geringeren Volumenstrom auf.
Energieeffizienz bei der Prozessluft-Trocknung
Die Energieeffizienz spielt eine besonders wichtige Rolle bei der Auslegung sorptiver Verfahren der Prozessluft-Trocknung. Das betrifft vor allem die Regeneration, für die hohe Temperaturen erforderlich sind. Die Wärmeenergie stellen elektrische Heizregister oder Gasbrenner zur Verfügung. Damit möglichst wenig Energie verloren geht, nutzen moderne Anlagen für die Prozessluft-Trocknung die warme Abluft für das Vorheizen der frisch zugeführten Sorptionsluft. Für die Komponenten der Trocknung gelten dieselben Gestaltungsprinzipien wie für die Gebläse oder Verdichter. Ihre Dimensionierung muss sich an der benötigten Systemleistung orientieren, wobei es durch die optimale Luftführung interne Druckverluste zu minimieren gilt. Denn diese müssen unter erhöhtem Energieaufwand ausgeglichen werden. Speziell bei der Trocknung ist es daneben wichtig, dass der Rotor kein Sorptionsmittel an die Luft abgibt und damit ihre Reinheit gefährdet.
Luftversorgung entscheidend für Wirtschaftlichkeit
Erzeugung und Prozessluft-Trocknung erfordern einen hohen Energieaufwand. Das alleine ist jedoch nicht entscheidend dafür, wie effizient sich der Betrieb etwa einer pneumatischen Förderanlage gestaltet. Zwar lässt die optimale Anlagenkonfiguration durch eine sorgfältige Wahl der Komponenten und durchdachte Rohrleitungsführung erhebliche Effizienzsteigerungen zu. Doch mindestens genauso wichtig ist, dass Energieverluste vermieden werden, was z. B. durch den Einsatz von Systemen zur Wärmerückgewinnung möglich ist. Sie können die unweigerlich entstehende Abwärme aus den Prozessen einer weiteren Nutzung zuführen und damit die Nachhaltigkeit des Betriebs steigern.
Die beste Voraussetzung dafür, dass dies gelingt, sind leistungsfähige Gesamtkonzepte. AERZEN bietet daher nicht nur ein breites Spektrum an Produkten und Dienstleistungen für die Prozessluft-Erzeugung an. Die Anwendungsexperten setzen sich daneben für die optimale Integration der eigenen Komponenten in komplexe Prozessluft-Kreisläufe ein.
Integrierte Planung führt zum Erfolg
Die richtige Auslegung der Gebläse und Verdichter kann den Energiebedarf einer Anlage für die Bereitstellung von Prozessluft erheblich reduzieren. Unpassende Komponenten oder falsche Einstellungen bewirken nicht nur einen erhöhten Energiebedarf, sondern lassen die Produktionskosten auch durch Funktionsstörungen und Verschleiß in die Höhe schnellen. AERZEN bietet mit den drei Produktreihen Drehkolbengebläse (Delta Blower), Drehkolbenverdichter (Delta Hybrid) und Schraubenverdichter (Delta Screw) Lösungen für eine breite Einsatzspanne. Diese reicht von kompakten Aggregaten für den mobilen Einsatz auf selbstentladenden Silofahrzeugen bis hin zu stationären Anlagen für das Entladen von Schüttgut aus Transportschiffen. Daneben steht das Großgebläse-Baukastensystem Alpha , das mit einem maximalen Volumenstrom von 77.000 m3/h auch große Lebensmittelbetriebe zuverlässig mit Prozessluft versorgen kann. Alle Technologien arbeiten ölfrei und sind dank ATEX-Konformität für den Einsatz im explosionsgefährdeten Umfeld geeignet.
Lösungen für die Aufbereitung der Prozessluft
Partikel von Schmutz oder Staub beeinträchtigen die Produktqualität ebenso wie zu hohe Lufttemperaturen oder ein Feuchteeintrag. Auf der Druckseite der Aggregate übernehmen daher weitere Komponenten die Aufbereitung der Luft:
- Prozessluftfilter
- Nachkühler
- Trockner
AERZEN liefert in seinem Zubehörprogramm komplette, anschlussfähige Filterelemente der Abscheideklassen F7 bis H13. Sie lassen sich auch nachträglich vor der Prozessluft-Trocknung in die Anlage integrieren. Abgestimmt auf die Raumluftverhältnisse entfernen die Filter Staub und Schmutz aus der Luft, sodass eine partikelfreie Umgebung entsteht. Beim Komprimieren können Temperaturen von bis zu 280°C entstehen. Da so heiße Luft Schüttgüter und Anlagenteile beschädigen kann, übernehmen der Trocknung vorgeschaltete Kühler die Konditionierung. AERZEN ermittelt, unterstützt durch eine eigene Softwarelösung, geeignete Nachkühler aus seinem Lieferproramm und verifiziert die Auswahl durch eine Simulation der Betriebsdaten. Die Komponenten sind in Luft-Luft- oder Wasser-Luft-Bauweise erhältlich. Mit Sonderlackierungen, speziellen Motoren, Abscheidern für Kondensat und intelligenter Regelung bieten sich flexible Anpassungsmöglichkeiten auf die eigenen Anforderungen.
