In 4.053 m Höhe, auf einem antarktischen Plateau namens Ridge A, liegt einer der nicht nur stillsten und kältesten, sondern auch einer der trockensten Fleckchen auf unserer Erde. Aber es gibt noch weitere natürliche trockene Orte auf unserer Erdoberfläche. In Piado (Chile) hat es 1936 zum ersten Mal nach einer Unterbrechung von 91 Jahren geregnet. Bei der Herstellung und Verarbeitung von Produkten in der Chemiebranche muss keine derartige Trockenheit herrschen, aber dennoch ist bei bestimmten Prozessen eine geringe Feuchte der Prozessluft von Vorteil und unabdingbar für die Lagerung, Verarbeitung und Verpackung.
Die angestrebte Trockenheit der Prozessluft hängt vom jeweiligen Gesamtprozessverfahren der zu trocknenden Güter ab. Sowohl die Luft im Produktionsprozess als auch im Lagerraum beeinflussen beispielsweise das Schüttverhalten und somit das Handling hygroskopischer Erzeugnisse. Eine reduzierte Luftfeuchtigkeit hilft, Produkte im chemischen Bereich unter präzisen Umgebungsbedingungen möglichst trocken zu verarbeiten und über einen bestimmten Zeitraum „trocken“ einzulagern.
Polymere und die Trockenheit
Eine konstante Temperatur und ein niedriger Feuchtegehalt während der Herstellung erfordern unter anderem chemische Schüttgüter und Zusatzstoffe wie Additive. Nur so können Verklumpungen und ungewollte Agglomerationen vermieden werden.
Wasserunlösliche Polymere, die ein Vielfaches ihres Eigengewichts an polaren Flüssigkeiten aufsaugen, werden auch chemische Kunststoffe genannt. Eines davon ist Superabsorber. Dieses bindet vor allem Wasser bzw. wässrige Lösungen an sich. Bei der Aufnahme der Flüssigkeit quillt es auf und bildet ein Hydrogel. Die Summe aus dem Volumen der Flüssigkeit und dem Volumen des trockenen Superabsorbers bleibt dabei gleich. Das Schüttgut wird als grobkörniges Pulver mit Partikelgrößen zwischen 100 und 1.000 µm beispielsweise in Babywindeln, Verbandsmaterialien, Kabelummantelung bei Tiefseeleitungen oder auch in der Damenhygiene eingesetzt.
Trifft Flüssigkeit auf Superabsorber, wird eine große Oberfläche der Partikel benetzt. Sie bindet sich an und in dem Polymer. Ein einzelnes Partikel kann dabei unter anderem Wasser in Größenordnungen um das mehrere Hundertfache des Super-
absorber-Eigengewichts in sich aufnehmen.
Zumeist werden bei der Herstellung und beim Transport von Polymeren pneumatische Fördersysteme eingesetzt. Diese können entweder saug- oder druckseitig betrieben werden. Während des Transports in den Förderleistungen ist eine niedrige relative Feuchtigkeit wichtig, damit das Polymer nicht durch ungewollt eintretende Feuchtigkeit mit Wassermolekülen aus der aufbereiteten Prozessluft beladen wird.
Um die unerwünschte Absorption von Wasser zu vermeiden, sollte eine Anlage zur Trocknung/ Entfeuchtung der Prozess- bzw. Umgebungsluft, idealerweise vor einem Kompressor, eingesetzt werden. So hat die angesaugte Luft aus der Atmosphäre schon bei Eintritt in den Kompressor einen trockenen Zustand. Sie besitzt somit einen sehr geringen Taupunkt.
Sorptive Prozesse zur Lufttrocknung
Um eine trockene Prozessluft zu erzeugen, reichen in den meisten Fällen konventionelle Methoden wie die Kondensation des Wasserdampfes an Kühlregistern bzw. Wärmetauschern nicht mehr aus. Um den Restfeuchtegehalt der Luft auf ein Minimum zu reduzieren, sind somit sorptive Prozesse notwendig.
Als wirkungsvoll hat sich hier die Verwendung von Rotationsentfeuchtern erwiesen. Dabei wird der feuchte Luftstrom durch ein langsam rotierendes mit Adsorptionsmittel beschichtetes Sorptionsrad geleitet und getrocknet. Auf der Gegenseite wird das Rad regeneriert. Damit wird ein kontinuierliches Aufbereiten der zu trocknenden Luft gewährleistet. Mittels Desorption werden zudem die Wassermoleküle in der angesaugten Luft gleichzeitig durch Wärme aus dem Adsorptionsmittel herausgetrieben und als Adsorbat in einem separaten Luftstrom aus der Anlage in die Außen-Atmosphäre geführt.
Durch Erweiterung der Anlagentechnik, beispielsweise mit Vor- und Nachkühlermodulen, können Taupunkte bis zu
-65 °C und somit eine relative Prozessluftfeuchte von 0,05 Prozent erreicht werden. Meist werden diese niedrigen Taupunktanforderungen bei sensiblen Produkten − etwa zur Trocknung extrem empfindlicher Polymere − benötigt, um eine gleichbleibende und hochwertige Produktqualität zu erreichen.
Prozessluft trocknen, filtern und konditionieren
Eine seit kurzem verfügbare Lösung für trockene Prozessluft stellt das System ULT Dry-Tec dar. Das modulare Systemkonzept ermöglicht das Erreichen von Taupunkttemperaturen bis zu -65 °C. Die Serie umfasst das Sorptionsmodul ULT Dry-Tec, welches für Adsorption und Desorption eingesetzt wird, sowie das Vorkühlermodul ULT Cool-Tec V und das Nachkühlermodul ULT Cool-Tec N. Die Vor- und Nachkühlermodule können optional mit unterschiedlichen Filterelementen entsprechender Filterklassen (G, M, F oder H entsprechend DIN EN 779:2012 und DIN EN 1822:2011) ausgerüstet werden.
Damit erreicht der komplette Trocknungsprozess die geforderte niedrige relative Feuchte und auch der Prozessluftstrom am Ein- oder Austritt der Modulanlage bleibt so nahezu partikelfrei.
Mittels eines Luftführungskonzepts durch das Innere der Trocknungsmodule ist ein Betrieb mit äußerst geringen internen Druckverlusten möglich. Weitere Bestandteile des modularen Entfeuchtungskonzepts sind regelbare EC-Ventilatoren für den Prozessluftstrom und den Regenerationsluftstrom. Zur Verfügung steht außerdem ein integriertes energieeffizientes Wärmerückgewinnungssystem für einen energetisch optimierten Desorptionsprozessablauf.
