Wie funktioniert der Trocknungsprozess bei einem Vakuumpumpensystem?

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Häufig deckt ein Vakuumprozess mehrere der hier genannten Bereiche ab. Bei der Chargentrocknung kann der Prozess (siehe Abb. 2.74) beispielsweise in Bereich A (Evakuierung des leeren Behälters) beginnen und dann schrittweise durch die Bereiche B, C und D gehen. Der Prozessablauf wäre dann wie folgt:

Abb. 2.74 Anwendungsbereiche für Rootspumpen und Kondensatoren, die Wasserdampf abpumpen (ohne Gasballast)

A. Evakuieren des Behälters durch eine Gasballastpumpe und eine Rootspumpe.

B. Anschluss der beiden Kondensatoren aufgrund des steigenden Dampfdrucks, der durch Erhitzen des Materials entsteht.

Die Wahl des Pumpensystems wird durch den höchsten auftretenden Dampfpartialdruck und den niedrigsten Luftpartialdruck am Einlass bestimmt.

C. Umgehung des Hauptkondensators

Dieser hat jetzt keine Wirkung. Stattdessen würde er nur durch das Pumpensystem mit einem weiteren Abfall des Dampfdrucks leer gepumpt werden.

D. Umgehung des Zwischenkondensators.

Rootspumpen und Vorvakuumpumpe (mit offenem Gasballast) können nun allein weiterpumpen. Bei der Kurzzeittrocknung ist die Abtrennung des mit Kondenswasser gefüllten Kondensators besonders wichtig, denn die Gasballastpumpe würde den zuvor kondensierten Wasserdampf mit dem Sättigungsdampfdruck von Wasser weiter aus dem Kondensator abpumpen.
Bei längerfristigen Trocknungsprozessen genügt es, den Kondensatsammelbehälter vom Kondensator abzutrennen. Dann kann nur der restliche Kondensatfilm auf den Kühlleitungen wieder verdampfen. Je nach Größe der Gasballastpumpe erfolgt diese Nachverdampfung innerhalb von 30 bis 60 Minuten.

Trocknen von Feststoffen

Wie bereits erwähnt, hält die Trocknung von Feststoffen eine Reihe weiterer Probleme bereit. Es reicht nicht mehr aus, dass man einfach einen Behälter auspumpt und dann wartet, bis der Wasserdampf aus dem Feststoff diffundiert. Diese Methode ist zwar technisch möglich, würde aber die Trocknungszeit unzumutbar verlängern.

Es gibt kein einfaches technisches Verfahren, um die Trocknungszeit so kurz wie möglich zu halten. Wichtig sind sowohl der Wassergehalt als auch die Schichtdicke der Trockensubstanz. Hier können nur die Grundlagen beschrieben werden. Bei spezifischen Fragen wenden Sie sich bitte an unsere Experten.

Der Feuchtigkeitsgehalt E eines zu trocknenden Materials, dessen Diffusionskoeffizient vom Feuchtigkeitsgehalt abhängt (z. B. bei Kunststoffen) in Abhängigkeit von der Trocknungszeit t ist in möglichst genauer Annäherung durch die folgende Gleichung gegeben:

(2.31)

E₀, wobei E der Feuchtigkeitsgehalt vor dem Trocknen ist
q ist der temperaturabhängige Koeffizient. Gleichung (2.31) gilt daher nur für die Temperatur, bei der q bestimmt wurde
K ist ein Faktor, der von der Temperatur, dem Wasserdampfpartialdruck in der Nähe des Materials, den Abmessungen und den Eigenschaften des Materials abhängt.

Mit Hilfe dieser Näherungsgleichung können die Trocknungseigenschaften vieler Stoffe bewertet werden. Wurden K und q für verschiedene Temperaturen und Wasserdampfpartialdrücke bestimmt, können die Werte für andere Temperaturen leicht interpoliert werden, so dass der Verlauf des Trocknungsprozesses unter allen Betriebsbedingungen berechnet werden kann. Mit Hilfe einer Ähnlichkeitstransformation kann der Verlauf des Trocknungsprozesses eines Werkstoffes mit bekannten Eigenschaften mit dem eines Werkstoffes mit anderen Eigenschaften verglichen werden.

Regeln für die Trocknung eines Materials

Erfahrungsgemäß ergeben sich kürzere Trocknungszeiten, wenn der Wasserdampfpartialdruck an der Oberfläche des Materials relativ hoch ist, d. h. wenn die Oberfläche des zu trocknenden Materials noch nicht vollständig frei von Feuchtigkeit ist. Dies ist möglich, weil die Wärmeleitung zwischen der Wärmequelle und dem Material bei höheren Drücken größer und die Diffusionsbeständigkeit bei einer feuchten Oberflächenschicht kleiner ist als bei einer trockenen. Um die Bedingungen einer feuchten Oberfläche zu erfüllen, wird der Druck in der Trocknungskammer geregelt. Wenn der erforderliche relativ hohe Wasserdampfpartialdruck nicht dauerhaft aufrechterhalten werden kann, wird der Betrieb des Kondensators vorübergehend unterbrochen. Der Druck in der Kammer steigt dann an, und die Oberfläche des Materials wird wieder feucht. Um den Wasserdampfpartialdruck im Behälter kontrolliert zu reduzieren, kann die Kältemitteltemperatur im Kondensator möglicherweise geregelt werden. Auf diese Weise erreicht die Temperatur des Kondensators die voreingestellten Werte und der Wasserdampfpartialdruck kann kontrolliert reduziert werden.

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