ISBN 978-3-8439-0442-1

978-3-8439-0442-1, Reihe Verfahrenstechnik

Axel Mescher
Einfluss der Gasführung in Sprühtrocknern auf den Fadenzerfall an Rotationszerstäubern -Analyse und Optimierung-

127 Seiten, Dissertation Technische Universität Dortmund (2012), Softcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

Bei der Sprühtrocknung von Flüssigkeiten ist ein Spray mit enger Tropfengrößenverteilung notwendig, um ein hochwertiges Feststoffprodukt mit enger Korngrößenverteilung zu erzielen. Enge Tropfengrößenverteilungen können durch Flüssigkeitsfadenzerfall an Rotationszerstäubern erzielt werden. In Zerstäubungsversuchen außerhalb des Sprühtrockners werden enger verteilte Tropfengrößen beobachtet als im Sprühtrockner. Es wird gezeigt, dass dies mit der Wechselwirkung zwischen den Flüssigkeitsfäden und dem Heißgas im Sprühtrockner erklärt werden kann. Die Art und Ausprägung der Gas/Flüssigkeitswechselwirkung der Fäden wird analysiert und es wird gezeigt, dass eine relative Anströmung der Fäden quer zu deren Längsachse vorliegt. Diese relative Queranströmung ist nicht intensiv genug, um zu einer unmittelbaren Zerstäubung der Fäden zu führen, ist aber stark genug, um zu einer sichtbaren Deformation und zu einer Störung des Fadenzerfalls zu führen.

Ziel der vorliegenden Arbeit ist die quantitative Charakterisierung des Einflusses dieser Queranströmung. Darüber hinaus wird eine Optimierungsstrategie entwickelt, die eine geringstmögliche Störung des Fadenzerfalls durch die Gas-Flüssigkeits-Wechselwirkung im Sprühtrockner erlaubt. Es wird ein Gasverteilungskonzept entwickelt, das eine optimierte Heißgasführung im Sprühtrockner vorsieht.

Es werden zwei geeignete Typen von Heißgasverteilern vorgestellt. Die beiden Gasverteilertypen unterscheiden sich in ihrem apparativen Aufwand aber auch im erzielbaren Vorteil bzgl. der Tropfen- und Korngrößenverteilung. Die verwendeten Methoden zur quantitativen Untersuchung des Fadenzerfalls unter Queranströmung bzw. zur apparativen Umsetzung des Optimierungskonzepts kombinieren das klassisch ingenieurwissenschaftliche Werkzeug der Dimensionsanalyse und der Modelltheorie mit numerischer Strömungssimulation. Modellversuche zum Zerfall angeströmter Flüssigkeitsfäden im Schwerefeld zeigen, dass niedrigste Gas-Relativgeschwindigkeiten der Flüssigkeitsfäden - auch im Sprühtrockner – zu einem optimalen Zerstäubungsergebnis führen. Im Rahmen der Entwicklung des optimierten Heißgasverteilers wird gezeigt, dass die Ergebnisse der Modellversuche weitgehend auf die Rotationszerstäubung übertragbar sind. Darüber hinaus stellen die Ergebnisse der Modellversuche eine neue und breite Datenbasis zum Zerfall quer angeströmter Flüssigkeitsstrahlen dar.