DE19609695A1

DE19609695A1 - Verfahren zur Trocknung von Trocknungsgut, insbesondere von temperaturempfindlichen Gütern

Info

Publication number: DE19609695A1
Application number: DE1996109695
Authority: DE
Inventors: Hans-Ulrich Poll; Siegfried Boehme
Original assignee: FZM GES fur PRODUKTENTWICKLUN
Current assignee: FZM GES fur PRODUKTENTWICKLUN
Priority date: 1996-02-10
Filing date: 1996-02-10
Publication date: 1997-08-21

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Trocknung von Trocknungsgut, insbe sondere von temperaturempfindlichen Gütern, unter Anwendung der Mikrowel lenenergie- und Vakuumtechnik.

Aus der DE 43 28 086 A1 ist eine Anwendung zur Durchführung eines Trocknungsverfahrens, die Trocknung von Werkstoffen, Kleinmaterialien und Trocknungsgütern im Haushaltbereich betreffend, bekannt. Bei diesem Trocknungsverfahren wird Mikrowellenenergie- und Vakuumtechnik angewendet. Dazu wird ein mikrowellen- und vakuumdichter Trocknungsraum einer Trocknungseinrichtung mit mindestens einer Einkoppelstelle für Mikrowellen energie, einem Behandlungsgutträger, einer mirkowellendichten Absaugöffnung und einer mikrowellen- und vakuumdichten Beschickungsöffnung benutzt. Mit der Anwendung der Mikrowellenenergie erhöht sich je nach Wellenlänge und Art des Trocknungsgutes die Eindringtiefe bis zu mehreren Zentimetern in das Trocknungsgut. Dies unterscheidet die Anwendung der Mikrowellenenergietech nik von den anderen Trocknungsverfahren. Diese arbeiten unter anderem mit der Vakuumtechnologie in Kombination mit konventioneller Wärmeerzeugung, wobei die Wärmeübertragung hauptsächlich durch Wärmestrahlung, weniger durch Wär meleitung und kaum durch Konvektion erfolgt. Die Erwärmung des Trocknungs gutes geschieht entsprechend langsam durch Wärmeleitung von den erwärmten äußeren Schichten nach innen. Mit der Anwendung der Mikrowellentechnik und konventioneller Wärmeerzeugung beim Vakuumtrocknen wird versucht, die Ver dunstungsrate und damit die Trocknungsgeschwindigkeit hoch zu halten. Das Trocknungsgut wird bei beiden Techniken aufgeheizt und das Aufheizen kann je nach Art des Trocknungsgutes zu Wärmeschäden führen. Wird ohne Wärmezufuhr vakuumgetrocknet, senkt sich die Temperatur des Trocknungsgutes infolge der Verdunstung des Wasseranteiles schnell ab. Durch die ab sinkende Temperatur vermindern sich der Dampfdruck des Wassers, die Verdunstungsrate und damit die Trocknungsgeschwindigkeit. Letztendlich können im Trocknungsgut Kälteris se entstehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Trocknung von Trocknungsgut, insbesondere von temperaturempfindlichen Gütern, unter Anwen dung der Mikrowellenenergie- und Vakuumtechnik zu finden, mit dem am Trocknungsgut keine Kälte- oder Wärmeschäden entstehen können.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß

a) anhand der Verdunstungswärme von Wasser und der abgesaugten Wassermenge pro Zeiteinheit die Wärmeleistung ermittelt wird, die dem Trocknungsgut in der Vakuumkammer zur Freisetzung der Wassermenge entzogen wurde;
b) die ermittelte Wärmeleistung zur Freisetzung der Wassermenge aus dem Trocknungsgut durch Mikrowellenleistung, die dem Trocknungsgut zugeführt wird, ersetzt wird, um die Temperatur des Trocknungsgutes konstant zu halten und
c) diese Steuerung der zuzuführenden Mikrowellenleistung zum Konstanthalten der Temperatur des Trocknungsgutes so lange fortgesetzt wird, bis anhand einer bestimmten abgesaugten Wassermenge pro Zeiteinheit der geforderte Trocknungsgrad des Trocknungsgutes erreicht ist.

Durch die erfindungsgemäße Lösung wird es möglich, das Trocknungsgut bei der Temperatur zu trocknen, die für die temperaturmäßige Belastung des Trocknungsgutes am günstigsten ist. Weiterhin kann eine Temperaturänderung des Trocknungsgutes während des Trocknungsvorganges durch die Steuerung der Mikrowellenleistung anhand der Messung der abgesaugten Wassermenge einge stellt werden.

Vorteilhaft ist es, daß die Steuerung der zuzuführenden Mikrowellenleistung zum Erreichen der konstanten Temperatur des Trocknungsgutes in Abhängigkeit vom Gasdruck der Vakuumkammer erfolgt, wobei

a) der Gasdruck kontinuierlich gemessen wird;
b) mit fortschreitendem Trocknungsvorgang der Gasdruck und damit proportional die zuzuführende Mikrowellenleistung zum Freisetzen der Wassermenge aus dem Trocknungsgut sinkt und
c) diese Steuerung der zuzuführenden Mikrowellenleistung solange fortgesetzt wird, bis ein vorbestimmter Gasdruck erreicht ist, der dem geforderten Trock nungsgrad des Trocknungsgutes entspricht.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert.

1. Ausführungsbeispiel

Eine Vakuum-Trockenkammer von 30 l Volumen wird durch eine Vakuumpumpe mit einer effektiven Saugleistung von

S_eff = 10m³/h

evakuiert. Der Arbeitsdruck in der Vakuumkammer beträgt p = 10 mbar. Die ab gesaugte Wassermenge beträgt 80 g/h. Mit der Verdunstungswärme des Wassers von 0,627 kWh/kg wird eine Mikrowellenleistung von 50,16 W benötigt. Dem Trocknungsgut wird eine Mikrowellenleistung von rund 50 W zugeführt und somit die Temperatur des Trocknungsgutes konstant gehalten. Im Verlauf des Trocknungsvorganges wird die abzusaugende Wassermenge geringer. Diese wird durch eine kontinuierliche Messung während des Trocknungsvorganges ermittelt. Durch einen Regelkreis wird die zuzuführende Mikrowellenleistung über die er mittelte Wassermenge geregelt, wodurch die Temperatur des Trocknungsgutes konstant gehalten wird. Wird ein Grenzwert für die abgesaugte Wassermenge un terschritten, wird der Regelkreis abgeschaltet und der Trocknungsvorgang ist be endet.

2. Ausführungsbeispiel

Zur Konstanthaltung der Temperatur des Trocknungsgutes während des gesamten Trocknungsvorganges sind folgende Verfahrensschritte notwendig: Am Anfang des Trocknungsvorganges ist die Oberfläche des Trocknungsgutes feucht oder naß und gibt eine maximale Wassermenge pro Zeiteinheit ab. Bei konstantem För dervolumen der Vakuumpumpe wird sich deshalb anfänglich ein hoher Druck in der Vakuumpumpe einstellen. Damit sich das Trocknungsgut nicht durch die Ver dunstung des Wassers schnell abkühlt, muß eine entsprechende hohe Mirkowellen leistung (im vorangestellten Ausführungsbeispiel 50 W) zugeführt werden. Mit Fortschreiten der Trocknungsvorganges wird die vom Trocknungsvorgang abge gebene Wassermenge geringer. Der Druck, hervorgerufen durch den Wasser dampf, sinkt ab. Bei konstantem Fördervolumen der Vakuumpumpe führt das zum proportionalen Absinken der Wassermenge, denn der Schöpfraum der Pumpe nimmt bei niedrigerem Druck weniger Wasser auf. Die notwendige Mikrowellen leistung wird ebenfalls druckproportional reduziert. Ein Drucksensor in der Va kuumkammer steuert die zuzuführende Mikrowellenleistung. Ist der Dampfdruck in der Vakuumkammer beispielsweise auf die Hälfte des Anfangswertes gesunken, dann wird die zuzuführende Mikrowellenleistung ebenfalls auf die Hälfte abge senkt. Der erforderliche Trocknungsgrad mit konstanter Temperatur des Trocknungsgutes wird durch den Gasdruck bestimmt, der in der Vakuumkammer bei konstantem Fördervolumen der Vakuumpumpe anliegt. Bei einem festgelegten und erreichten Gasdruck wird der Vorgang abgeschaltet, da der Trocknungsgrad erreicht ist.

Claims

1. Verfahren zur Trocknung von Trocknungsgut, insbesondere von temperatur empfindlichen Gütern, unter Anwendung der Mikrowellenenergie- und Vaku umtechnik, dadurch gekennzeichnet, daß

a) anhand der Verdunstungswärme von Wasser und der abgesaugten Wasser menge pro Zeiteinheit die Wärmeleistung ermittelt wird, die dem Trock nungsgut in der Vakuumkammer zur Freisetzung der Wassermenge entzogen wurde;
b) die ermittelte Wärmeleistung zur Freisetzung der Wassermenge aus dem Trocknungsgut durch Mikrowellenleistung, die dem Trocknungsgut zuge führt wird, ersetzt wird, um die Temperatur des Trocknungsgutes konstant zu halten und
c) diese Steuerung der zuzuführenden Mikrowellenleistung zum Konstanthalten der Temperatur des Trocknungsgutes so lange fortgesetzt wird, bis anhand einer bestimmten abgesaugten Wassermenge pro Zeiteinheit der geforderte Trocknungsgrad des Trocknungsgutes erreicht ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung der zuzuführenden Mikrowellenleistung zum Erreichen einer konstanten Tempera tur des Trocknungsgutes in Abhängigkeit vom Gasdruck in der Vakuumkammer erfolgt, wobei

a) der Gasdruck kontinuierlich gemessen wird;
b) mit fortschreitendem Trocknungsvorgang der Gasdruck und damit propor tional die zuzuführende Mikrowellenleistung zum Freisetzen der Wasser menge aus dem Trocknungsgut sinkt und
c) diese Steuerung der zuzuführenden Mikrowellenleistung solange fortgesetzt wird, bis ein vorbestimmter Gasdruck erreicht ist, der dem geforderten Trocknungsgrad des Trocknungsgutes entspricht.