SZILÁRD-FOLYADÉK DISZPERZIÓK ÉS OLDATOK SZÁRÍTÁSA FLUIDIZÁCIÓS BERENDEZÉSEKKEL ORMÓS Z., HAJDU R.

Átírás

1 SZILÁRD-FOLYADÉK DISZPERZIÓK ÉS OLDATOK SZÁRÍTÁSA FLUIDIZÁCIÓS BERENDEZÉSEKKEL ORMÓS Z., HAJDU R. KE Műszaki Kémiai Kutató Intézet 8200 Veszprém, Egyetem u. 2. Tel.: , Fax: Összefoglaló A szerzők áttekintik a nagy nedvességtartalmú szuszpenziók, pasztaszerű anyagok és oldatok szárazanyagtartalmának por, ill. szemcsés vagy granulált formában történő kinyerésére szolgáló, főleg fluidizációs és gejzír-réteges eljárásokkal, valamint a szárítási művelet optimálásának néhány fontos kérdésével foglalkozó szakirodalmi információkat. Ismertetik a laboratóriumi kísérletek során használt anyagokat és módszereket, valamint azokat az eredményeket, amelyeket a pasztaszerű borélesztő inert töltetes roto-fluidizációs szárításával és a szeszgyári melaszmosléknak (a vinasznak) hordozó anyag(ok) és fluidizációs-porlasztásos eljárástechnika alkalmazásával száraz granulátumokká történő feldolgozásával kapcsolatosan elértek. Az eredmények alapján következtetéseket vontak le mind az inert töltetes szárítási módszerek eljárás-optimálására, mind a szárítás szempontjából problematikus, elsősorban melléktermékként keletkező oldatoknak hordozó anyag(ok) segítségével megoldható hasznosítására vonatkozóan. Bevezetés A szilárd-folyadék diszperziók közül a szűrés vagy centrifugálás után nagy nedvességtartalmú, gyakran rögös, pépes jellegű (pasztaszerű) anyagok és szuszpenziók, valamint a különféle, elsősorban kolloid oldatok a szárítási művelet megvalósítása szempontjából számos kedvezőtlen tulajdonságokkal rendelkeznek. Így például a pasztaszerű, morzsalékos, rögös anyagokat szárítás előtt gyakran diszpergálni (pl. extrudálni) és szárítás közben sok esetben aprítani kell, mivel a kérgesedés miatt növekedik a nedvességvesztést gátló, egyébként is nagy pórusdiffúziós ellenállás. A nedves anyag közvetlenül történő, nagyarányú diszpergálása (porlasztása) általában csak folyadékkal való hígítás után lehetséges, ezért a porlasztószárítók alkalmazása sem mindig gazdaságos. Ebbe a kategóriába tartozó szárítási feladatok általában kedvező körülmények között oldhatók meg inert töltettel működő, szilárd-gáz mozgóréteges eljárásokkal. Az agráripari, különösen az egyre szélesebb körben elterjedő biokémiai technológiák közbenső, vég- és melléktermékei, illetve hulladékanyagai igen gyakran olyan oldatok és/vagy szuszpenziók, amelyek szárazanyag-tartalmának por (szemcse) alakban való kinyerése például porlasztószárítók, vagy inert töltetes berendezésekkel nem valósítható meg. Ezeknek az eseteknek az egy részénél szóba jöhet valamilyen jól megválasztott hordozóanyag felhasználásával történő nedves granulátumképző eljárásnak az alkalmazása olyan módon, hogy a feldolgozandó folyadék szárazanyag-tartalma viszonylag nagy (pl m/m,%) tömegarányban kötőanyagként szolgál. A nedves granulálás művelete

2 például előnyös feltételek mellett valósítható meg fluidizációs-porlasztásos eljárástechnikával különösen akkor, ha a berendezést dezintegráló hatású, mechanikus keverőelemmel is ellátjuk. Irodalmi áttekintés Az elmúlt mintegy negyed évszázadban a nagy nedvességtartalmú szilárd-folyadék diszperziók szárítására négyféle, inert töltet felhasználásával működő eljárástechnikát fejlesztettünk ki, úgymint a mechanikus keverővel ellátott őrlő-fluidizációs, a csigás-gejzír réteges, a vibro- és a roto-fluidizációs berendezéstípusokat. Ezek a találmányok szerinti, bel- és külföldön egyaránt szabadalmaztatott műszaki alkotások szinte valamennyi iparágban, sokféle feladat megoldására alkalmazhatók. Az Intézetünkben kifejlesztett, ún. őrlő-fluidizációs szárítási eljárás lényege az, hogy a nedves, pasztaszerű anyagot valamilyen inert töltet (hordozó) szemcséinek gázzal fluidizált és mechanikusan kevert rétegébe adagoljuk. A nedves anyag a töltet szemcséinek fluidizációs mozgása és a réteg mechanikus keverése hatására bevonja a töltet szemcséinek felületét, s a száradási folyamat túlnyomó részt a szemcsék felületén kialakuló vékony rétegben játszódik le. A szárítandó anyag kisebb részben önálló rögöket alkot, azonban ezek a rétegmozgás hatására folyamatosan diszpergálódnak. Bizonyos nedvességtartalom elérése után a szárított anyag kis szemcséi leválnak a töltetszemcsék felületéről és a gázárammal távoznak a fluidizált rétegből. A töltetes fluidizált rétegből távozó majdnem teljesen száraz anyag utószárítása egy vagy több, tangenciális gázbevezetéssel kialakított örvényrétegben történik. A száraz terméket a gázáramból ciklonnal választjuk le, szükség esetén utóportalanító is kapcsolható a rendszerhez [1]. A kutatómunkánk során sokat foglalkoztunk az inert töltetes fluidizált ágyas szárítás gazdaságossági kérdéseivel. Több, konkrét szárítási feladat megoldásával kapcsolatosan számításokat végeztünk és megállapítottuk, hogy az inert töltetes, fluidizációs berendezés alkalmazásával mintegy 10-20%-kal csökkenthető a szárítás fajlagos összköltsége, nem számítva a helyszükséglet csökkenésének eredményeképpen az épülettel kapcsolatos egyéb beruházási költségek csökkenését [2]. A később kifejlesztett, vibro-fluidizált ágyas, inert töltetes szárítónál a hagyományos vibrációs berendezésektől eltérően csak a gázelosztó alátét végez periodikus (vibrációs) mozgást. A vibro-fluidizált ágyban viszonylag nagyméretű inert őrlő-testeket lehet kisebb gázsebesség mellett mozgásban tartani, ami által a dezintegrálás hatékonysága is növekszik. A fellépő inerciaerők lényegesen kisebbek, mint az egész készüléktest vibráltatása esetén [3]. Az őrlő-fluidizációs eljáráshoz hasonlóan gejzír-réteges (ágyas) berendezésekkel is kivitelezhető az inert töltetes szárítás. Szintén az Intézetünkben kifejlesztett, mechanikusan gejzírezett réteges szárítóban egy ház nélküli belső szállítócsiga segítségével cirkuláltatott inert szemcsék felületén, vékony bevonat-rétegben megy végbe az intenzív, mégis kíméletes szárítás [4, 5]. A roto-fluidizációs berendezéseknek az a közös jellemzőjük, hogy a fluidizációs kamrába mindegyiknél egy függőleges tengely körül forgatható alátét kerül beépítésre. Az alátét forgatásával ébredő centrifugális erő a szemcséket a fluidizációs tér belsejéből a 2

3 készülék fala felé történő, az egész szemcsetömeget pedig a középvonal körüli forgómozgásra kényszeríti. A gáz a fluidizációs kamra fala és a forgó tárcsa között általában 0,5-1,0 mm szélességű, gyűrű alakú résen át áramlik a fluidizációs térbe. A készülék falánál a szemcsék a forgó alátéttel egy irányba és felfelé mozognak, majd visszahullnak (legördülnek) a forgórész középpontja, illetve több típusnál a középen kialakított, az alátéttel együtt forgó, kúp vagy csonka kúp alakú betét felé. Ennek következtében a roto-fluidizált rétegben egy intenzív, spirálszerű szemcsemozgás alakul ki. Az Intézetünkben kifejlesztett roto-fluidizációs berendezésben például a szilárdfolyadék diszperziók (pl. szuszpenziók vagy pasztaszerű anyagok) szárításánál a rétegben a hagyományos őrlő-fluidizációs berendezésekhez képest lényegesen nagyobb méretű és sűrűségű inert szemcsék helyezhetők el és tarthatók intenzív mozgásállapotban. Ezáltal a szárítás során a nedves anyagrészek összetapadásának és rögösödésének a veszélye lényegesen kisebb és olyan anyagok szárítására is lehetőség nyílik, amelyek a hagyományos fluidizációs berendezésekből a gázárammal nem távolíthatók el, mivel nem válnak, ill. kopnak le az inert töltetről [6-8]. Az Intézetünkben kifejlesztett, mechanikus keverővel ellátott fluidizációs-porlasztásos berendezések alkalmazásával a granulálás művelete előnyösebb feltételek mellett valósítható meg, mint a hagyományos berendezésekkel, és olyan alapanyagoknál is lehetővé válik annak megvalósítása, amelyek mechanikus keverés nélkül nem hozhatók fluidizált állapotba (csatornaképződés, stb.). Ezen túlmenően a mechanikus keverés alkalmazása lehetővé teszi, hogy a meglehetősen eltérő fizikai tulajdonságú szemcsékből álló porokból minden szempontból megfelelő minőségű granulált és/vagy bevont végterméket állítsunk elő. Szintén az általunk kidolgozott többcellás fluidizációsporlasztásos granulálási eljárás és az eljárás megvalósítására szolgáló berendezés a granulátumok folyamatos üzemű előállításának korszerű, műszakilag és gazdaságilag kedvező megoldását adja. Ennek a megoldásnak a lényege az, hogy a granulátumképződés részfolyamatait (keverés, agglomeráció, szárítás, bevonás, stb.) térben elválasztjuk úgy, hogy a berendezést megfelelő szemcseáramlást biztosító térelhatároló elemekkel adott számú térrészre (cellára) osztjuk, s így az egyes különböző funkciójú térrészekben különkülön létrehozhatók a részfolyamatok optimális körülményei (gázsebesség, hőmérséklet, réteg-nedvességtartalom, stb.). Az új eljárások sokoldalú és széleskörű lehetőségeket rejtenek magukban a legkülönbözőbb iparágak számára [9-13]. A fluidizációs-porlasztásos eljárás alkalmas oldatban és szuszpenzióban lévő szilárd anyag kinyerésére szemcsék formájában. Az eljárás lényege a következő: meleg gáz (rendszerint levegő) segítségével olyan poralakú, vagy szemcsés szilárd anyagot fluidizáltatunk, amely kémiai összetételét tekintve megegyezik a folyadék fázisban, pl. oldatban lévő oldott komponenssel. A feldolgozandó oldatot a fluidizált rétegbe a fluidizáló szemcsék felületére, mint szárítási felületre porlasztjuk. Az oldószer a meleg gáz hatására elpárolog, az oldott komponens pedig visszamarad a fluidizált rétegben, ahonnan folyamatosan elvezetjük. A kilépő levegőt portalanítjuk és a port visszavezetjük a fluidizált rétegbe. Kifejlesztettünk egy eljárást és berendezést, amelynek lényege az, hogy a szemcsés anyagot a stacionárius szemcseméret-eloszlás kialakítása és szabályozása érdekében már a fluidizált rétegben a kívánt mértékben részlegesen aprítjuk. Így a fluidizált rétegből kilépő szemcsés anyagot néhány kivételes esettől eltekintve utólagos műveleteknek (pl. frakcionálás, őrlés, recirkuláció) nem szükséges alávetni [14-16]. 3

4 A szárítási művelet optimálásánál fontos lépés a műszaki műveletek közötti választás, az optimális kisegítő művelet (pl. aprítás, porlasztás, stb.) kiválasztása. Az optimális műszaki művelet kiválasztását követi az eljárási optimálás, melynek feladata egyrészt az adott műszaki művelet megvalósítására az optimális eljárás kiválasztása, másrészt adott eljárásnál az optimális eljárási jellemzők meghatározása. Az optimális eljárás kiválasztásának első lépése az adott műszaki művelet megvalósítására alkalmazható konkuráló eljárások számbavétele, ugyanis a konkrét műveletnél számításba jöhető eljárások közül sok esetben különböző minőségi okok miatt számos eljárásról még a gazdasági elemzés előtt kiderül, hogy nem alkalmazható. Az anyagi tulajdonságok a szárítás optimálásánál nagyon jelentősek, melyeket minden konkrét probléma megoldásánál gondosan meg kell vizsgálni és nem szabad számításon kívül hagyni [17, 18]. Tapasztalataink szerint adott műszaki feladat megoldására alkalmazható konkurens eljárások korrekt összehasonlítására általában csak nagyon ritkán nyílik lehetőség. Ez alól kivételt képezett például a nagy (átlagosan mintegy 80 m/m,%) víztartalmú, finomszemcsés timföldhidrát szuszpenzió szárítása az Intézetünkben kidolgozott háromféle eljárástechnika alkalmazásával. Laboratóriumi méretű, folyamatos üzemű, inert töltetes, mechanikus keverős, (őrlő-) és forgó-gördülő (roto-) fluidizációs, valamint egy ház nélküli, belső szállítócsigával ellátott, gejzír-réteges szárító-berendezésekkel kísérleteket végeztünk az optimális eljárás, illetve annak megvalósítására alkalmas berendezéstípus kiválasztása céljából. A feldolgozandó nagy (80 ± 10 m/m,%) nedvességtartalmú szilárdfolyadék diszperzióban a timföldhidrát szedigráffal mért közepes szemcseátmérője: d 0 =10-6 m alatt volt. A célkitűzés szerint a száraz termék közepes szemcsemérete nem haladhatja meg a d = m értéket. Inert töltetként az őrlő-fluidizációs berendezésben: d =1,0-1,6 mm-es, a roto-fluidizációsban: d =2,5-3,0 mm-es, míg a gejzír-rétegesben: d =3,0-6,0 mm-es szemcsefrakciójú üveggyöngy szolgált. A készülékeken átáramló levegő átlagos lineáris sebessége: 0,5-1,5 m/s, belépő hőmérséklete: C és a kilépőé: C között változott. A be- és kilépő levegő hőmérséklet-különbsége kedvező esetben minden típusnál elérte a C-ot, és a névleges (átlagos) keresztmetszetre vonatkoztatott vízelpárologtatási teljesítmény a kg/m 2 h értéket [6]. A gazdaságossági számításaink azt mutatták, hogy sem a beruházási, sem az üzemeltetési költségek szempontjából nincs lényeges különbség a háromféle eljárástechnika alkalmazása között, ami a fajlagos teljesítmények közel azonossága miatt nyilvánvaló. Például egy 25 kg/h szárazanyag előállítására (kb. 100 kg/h víz elpárologtatására) szolgáló berendezés névleges (átlagos) átmérője mindhárom típusnál kb. 1m-nek adódott, melyekbe Nm 3 /h mennyiségű, C hőmérsékletű levegőt kell bevezetni. Az inert töltet viszonylag kis szemcsemérete következtében az üzembiztonság legkisebb a hagyományos őrlő-fluidizációs berendezésnél, ezért ennek a feladatnak a megoldására a használata nem ajánlott. A háromféle típusnál a legnagyobb különbség a termékek minősége szempontjából mutatkozott. Az optimális (maximális) teljesítménynél az őrlő-fluidizációs berendezésből távozó por alakú termék átlagos átmérője: d =14, m, víztartalma: x =3,2 m/m,%; a roto-fluidizációsból távozóé: d =1, m, x =2,7 m/m,%; míg a gejzír-rétegesből távozóé: d =7, m, x =4,4 m/m,% volt. Az eredmények összehasonlítása alapján megállapítható, hogy az adott feladat célkitűzésében szereplő szemcseméretet csak a roto- 4

5 fluidizációs berendezéssel sikerült elérni. Ennek a típusnak a használata tehát összetapadásra hajlamos (mikrokristályos) anyagok szárítására olyan esetekben is javasolható, amikor a szárított, por alakú termékek szemcseméretének közel azonosnak kell lenni a szilárd-folyadék diszperzióban (pl. szuszpenzióban) lévő primer szemcsék méretével [6]. Mintegy másfél évtizede az Intézetünkbe gyakran visszatérő megoldandó feladat a különféle eredetű és konzisztenciájú, nagy nedvességtartalmú élesztők szárítása. Így pl. laboratóriumi méretű, szakaszos üzemű, mechanikus keverővel ellátott, fluidizációs szárító berendezésben a szárító levegő hőmérsékletének és sebességének függvényében kimértük a kereskedelmi forgalomban kapható, m/m,% nedvességtartalmú 2,5 mm lyukméretű szitán áttört, aktív sütőélesztő szárítási görbéit, és meghatároztuk a szárítás szempontjából legkedvezőbb technológiai paramétereket. Kísérleteket végeztünk egy folyamatos üzemű, (1,0-1,6 mm-es üveggyöngy) inert töltetes, örlő-fluidizációs szárító berendezésben m/m,% víztartalmú sütőélesztő szuszpenzió szárítására. A szárítás eredményeként egy lépésben porformájú végterméket nyertünk, melynek nedvességtartalma: kb. 8 m/m,% volt, ezáltal lehetővé vált a hosszabb időn keresztül történő tárolása. A szárítás során a termék aktivitása csak csekély mértékben csökkent a kiindulási termék aktivitásához képest. A belépő levegő hőmérséklete: 70 0 C, míg a kilépőé (a rétegé) mintegy 30 0 C volt, és a berendezés fajlagos vízeltávolítási teljesítménye: kb. 50 kg/m 2 h értéknek adódott (lineáris gázsebesség: kb. 1-1,3 m/s) [19]. A mintegy 82 m/m,% nedvességtartalmú sütőélesztő szuszpenziónak inert töltetes (3-6 mm-es üveggyöngy), gejzírréteges berendezésben megvalósított szárításánál a belépő levegő hőmérséklete: C, a kilépőé: kb C, és a fajlagos vízelpárologtatási kapacitás: kb. 110 kg/m 2 h volt (lineáris gázsebesség: kb. 1,8 m/s). A viszonylag magas szárítási hőmérséklet mellett sem károsult az élesztő, ami elsősorban a rövid tartózkodási időnek (kb. 6 min) és a gejzírrétegre jellemző recirkulációs szemcsemozgásnak tudható be (a termék nedvességtartalma: kb. 9 m/m,%). A gejzír szárítóban végbemenő nedvességelvonás kíméletes voltára jellemző, hogy még C belépési és 85 0 C kilépési levegőhőmérséklet mellett is csak kismértékben inaktiválódott az élesztő, míg a teljes inaktiválást csak mintegy C belépési és C kilépési hőmérsékletek beállításával sikerült elérni [20]. A sörélesztő szárításánál a megoldandó feladat általában m/m,% víztartalmú szuszpenzió szárazanyag-tartalmának kíméletes körülmények között, szemcsés termék formájában történő kinyerése. Ez például megvalósítható örlő-görgős, fluidizációsporlasztásos berendezésben olyan módon, hogy a közvetlen szemcseképzés során a takarmányadalékként szolgáló termék döntő többségében (90 m/m,%-ban) 1,0-2,5 mm-es frakciójú granulátum (átlagos szemcseméret: kb. 1,8 mm, nedvességtartalom: kb. 4 m/m,%). A laboratóriumi méretű (D=0,11 m névleges átmérőjű) készülékbe lépő levegő hőmérséklete: C, a kilépőé: kb C volt, és a fajlagos vízeltávolítási teljesítmény: kb kg/m 2 h értéknek adódott (lineáris gázsebesség: 1,2 m/s) [21]. Sörélesztő szuszpenzióból kb. 2 m/m,% nedvességtartalmú, szemcsés termék állítható elő inert töltetként 7,6 mm-es átlagos átmérőjű, Hostaform golyókkal működő, gejzírréteges készülékkel. A kb. 100 kg/m 2 h fajlagos vízelpárologtatási kapacitású, laboratóriumi méretű (kb. 0,14 m átmérőjű) berendezésen kb. 1,4-1,5 m/s gázsebességgel átáramló levegő hőmérséklete belépésnél: C, míg kilépésnél: kb C volt [22]. 5

6 Üzemi méretű (D=1,0 m névleges átmérőjű), ház nélküli belső csigával ellátott, gejzírréteges berendezés esetén az inert töltet (polipropilén golyó) átmérője 12 mm-re, a lineáris gázsebesség 2,1 m/s-ra, ezáltal a C-os belépő és a 60 0 C-os kilépő levegő hőmérsékletnél a fajlagos vízelpárologtatási teljesítmény kb. 115 kg/m 2 h-ra növelhető (a termék víztartalma: kb. 5 m/m,%) [23]. Az Intézetünk által megtervezett, irányításával kivitelezett és felállított, üzemi méretű (D=1,0 m) berendezéssel végzett próbaüzemi kísérletek során a belépő levegő hőmérsékletének C-ra történő emelésével (a kilépőé: C között mozgott) a fajlagos vízelpárologtatási kapacitást kb. 150 kg/m 2 h értékre lehetett növelni [Dr. Pallai Ivánné szóbeli tájékoztatása a közlés engedélyezésével]. 6

7 Anyagok és módszerek Az előző fejezetben ismertetett szárítási kísérleteknél a feldolgozandó nagy (80-87 m/m,%) nedvességtartalmú, sütő- és sörélesztő szuszpenziók szivattyúval (pl. perisztaltikus pumpákkal) adagolhatók voltak. Az inert töltetes örlő- és a közvetlen szemcseképző, örlő-görgős fluidizációs készülékeknél pneumatikus porlasztókkal kisméretű cseppekre diszpergálva, míg az inert töltetes gejzír-réteges berendezések használata esetén kis (laboratóriumi méretben pl. 3 mm) átmérőjű csövön kerültek a rétegek felszínére, ill. a rétegekbe. Az élesztőféleségek szárításával kapcsolatos későbbi laboratóriumi kísérletekhez felhasznált borélesztő nedvességtartalma: 76,3-78,6 m/m,% között volt és csak speciális, az anyagtartályban két, egymással szembeforgó, vízszintes tengelyű keverőelemekkel ellátott, csigás adagolóval lehetett a D=0,185 m névleges átmérőjű, roto-fluidizációs berendezésbe juttatni, melyben inert töltetként 0,86 kg tömegű, 7,5 mm átlagos átmérőjű, 1435 kg/m 3 sűrűségű, C hőmérsékletig hőálló Hostaform (poliformaldehid) golyók forgó-gördülő rétege szolgált. A szesziparban melléktermékként keletkező szeszmoslék besűrítésével készített vinasz maximális szárazanyag-tartalma általában kb. 70 m/m,% körül mozog. Az általunk feldolgozott melaszmoslék alapanyag esetén ez az érték: 68,7 m/m,% volt (a folyadék sűrűsége: 1330 kg/m 3 ). A fluidizációs granulálási és szárítási kísérletek elvégzéséhez felhasználandó hordozó anyagok kiválasztásánál messzemenően figyelembe vettük a korszerű takarmányozás alapelveit és a keveréktakarmányok előállításának a szempontjait [24, 25]. A kísérletek során granulálandó alapanyagként elsősorban az I. táblázatban szereplő lisztek, ill. porok szolgáltak. Anyag I. táblázat. A hordozó anyagok legfontosabb fizikai jellemzői. Átlagos Lazított Tömörített szemcseméret halmazsűrűség halmazsűrűség (mm) (kg/m 3 ) (kg/m 3 ) Nedvességtartalom (m/m,%) Kukoricaliszt 0, ,4 Búzaliszt 0, ,9 Szójaliszt 0, ,7 Lucernaliszt 0, ,5 Élesztőpor 0, ,3 Búzakorpa 0, ,6 Mészkőliszt 0, ,3 A laboratóriumi kísérletekhez szakaszos üzemű (D=0,184 m névleges átmérőjű), mechanikus keverővel ellátott, fluidizációs-porlasztásos berendezést használtunk. A granulálási kísérleteket a következő képpen végeztük: a készüléket és a bemért granulálandó (hordozó) alapanyagot adott hőmérsékletű levegővel előmelegítettük. A kilépő levegő hőmérsékletének állandó értékre való beállása után megkezdtük a granuláló folyadék (vinasz) adott adagolási sebességgel történő porlasztását. A granulálódás során az átlagos szemcseméret folyamatosan növekszik, ezért az adott rétegkiterjedés biztosításához folyamatosan növelni kell a belépő levegő térfogatáramát. A folyadékadagolás befejezése után a granulált halmazt a fluidizált állapot további fenntartásával meleg levegőárammal megszárítottuk, majd megvizsgáltuk a keletkezett granulátumok fizikai tulajdonságait [9]. 7

8 Kísérleti eredmények A borélesztőt tartalmazó, pasztaszerű szilárd-folyadék diszperzió inert töltetes, rotofluidizációs eljárással történő szárítása céljából végzett kísérletek során a készülékbe lépő levegő hőmérsékletét C, lineáris sebességét: 0,93-1,04 m/s között tartottuk, miközben a kilépőé: C (az átlagos hőmérséklet csökkenés: C) és ezáltal a fajlagos vízelpárologtatási teljesítmény: kg/m 2 h között mozgott. A berendezésből a gázárammal kg/m 2 h fajlagos mennyiségben távozó termékek átlagos szemcsemérete: 0,46-0,78 mm és nedvességtartalma: 11,4-16,8 m/m,% között változott. Az eredmények alapján megállapítottuk, hogy kb. 1 m/s lineáris sebességű, C hőmérsékleten belépő, C-on távozó levegővel mintegy: 50 kg/m 2 h fajlagos vízelpárologtatási és kb. 18 kg/m 2 h száraz termék teljesítmény érhető el, ha a feldolgozandó anyag nedvességtartalma: kb. 77 m/m,%. A termék átlagos szemcsemérete: kb. 0,5 mm (1 mm fölött: max. 10 m/m,%), nedvességtartalma: m/m,% és a visszajelzések szerint a borélesztő szárítmány aktivitása megfelelőnek mutatkozott. Fluidizációs granulálási kísérleteket végeztünk annak megállapítására, hogy az I. táblázatban felsorolt hordozó alapanyagoknak és vinasznak (szeszgyári sűrített melaszmosléknak), mint kötőanyagnak a felhasználásával milyen vinasz szárazanyagtartalmú, és milyen fizikai tulajdonsággal rendelkező granulátumok állíthatók elő. A célunk annak a maximális vinaszmennyiségnek a meghatározása volt, amely felhasználásával jól kezelhető, megfelelő fizikai tulajdonságú granulátumok készíthetők. A kísérletek során a berendezésbe lépő levegő hőmérsékletét: C (egy kísérletnél adott értékhez viszonyítva ± 3 0 C-on belüli) hőmérsékletre állítottuk be, miközben a porlasztás ideje alatt a kilépőé általában: C között változott. A gázsebességek szélső értékeire és a fajlagos teljesítményekre vonatkozó adatokat a II. táblázatban mutatjuk be. II. táblázat. A legfontosabb technológiai paraméterek értékei. Gázsebesség (m/s) Fajlagos teljesítmény (kg/m 2 h) Hordozó anyag minimális maximális vinaszra termékre Kukoricaliszt 0,18 0, Búzaliszt 0,12 0, Szójaliszt 0,12 0, Lucernaliszt 0,04 0, Élesztőpor 0,12 0, Búzakorpa 0,19 0, m/m,% búzakorpa + 25 m/m,% mészkőliszt 0,16 0, A II. táblázatban látható, hogy a különféle hordozóanyagok esetén a minimális gázsebesség: 0,04-0,19 m/s, míg a maximálisé: 0,26-0,67 m/s, a fajlagos vinaszfeldolgozási kapacitás viszonylag szűk, kg/m 2 h tartományban mozgott, ami kb kg/m 2 h vízelpárologtatási és ez egy eset kivételével kb kg/m 2 h termék előállítási teljesítménynek felel meg. A granulátumok összetétele és legfontosabb fizikai tulajdonságai a III. táblázatban láthatók. A III. táblázat alapján megállapítható, hogy a termékek száraz melaszmosléktartalma: m/m,%, nedvességtartalma: 4,2-6,9 m/m,%, átlagos szemcsemérete: 0,55-8

9 0,92 mm és a lazított (legkisebb) halmazsűrűsége: kg/m 3 között változott. Megjegyezzük, hogy csak takarmány mészkőliszt, vagy pl. 25 m/m,% mészkőlisztet + 75 m/m,% búzalisztet tartalmazó porkeverék hordozóként nem alkalmazható. Takarmány mészkőliszt-tartalmú granulátum vinasszal történő előállítására elsősorban őrölt korpákból (pl. búzakorpából) készült porkeveréke jöhet szóba, maximálisan 25 m/m,%, vagy célszerűen ennél kisebb relatív mennyiségben. Hordozó anyag III. táblázat. A granulátumok legfontosabb fizikai jellemzői. Száraz Átlagos Lazított vinasztartalom szemcseméret halmazsűrűség (m/m,%) (mm) (kg/m 3 ) Nedvességtartalom (m/m,%) Kukoricaliszt 28,6 0, ,8 Búzaliszt 28,4 0, ,4 Szójaliszt 35,8 0, ,4 Lucernaliszt 23,8 0, ,9 Élesztőpor 26,6 0, ,2 Búzakorpa 28,2 0, ,1 75 m/m,% búzakorpa + 25 m/m,% mészkőliszt 23,3 0, ,9 Következtetések A formálisan irodalmi (valójában régebbi, szintén intézeti) és a későbbiekben végzett kísérleteink eredményei alapján megállapítható, hogy a kifejlesztett inert töltetes berendezéstípusokkal előnyös feltételek mellett oldható meg a nagy nedvességtartalmú, különféle (sütő-, sör- és bor-) élesztők szuszpenzióinak vagy pasztáinak a szárítása. Különösen jó műszaki és gazdaságossági eredmények érhetők el például a sörélesztő szuszpenzió víztartalmának kíméletes eltávolítása esetén a háznélküli, belső csigával ellátott, gejzír-réteges készülékkel mind laboratóriumi, mind üzemi méretben. Aktív élesztők szárítása során is a gejzír-réteges berendezés alkalmazása látszik legelőnyösebbnek, mivel az örlő- és roto-fluidizációs típusokkal sokkal kisebb (kb. 110 helyett mintegy kg/m 2 h) fajlagos vízelpárologtatási teljesítmény érhető el. A kísérleti adatok alapján az is nyilvánvalóvá vált, hogy az inert töltetes, roto-fluidizációs szárítókat az örlő-fluidizációs típusokhoz hasonlóan örvénykamrás zónával, ill. zónákkal kellene kiegészíteni és ezzel a továbbfejlesztéssel meg lehetne oldani a töltet forgó-gördülő rétegéből távozó, még kissé nedves szemcsék utószárítását. A roto-fluidizációs berendezésbe a nagyobb dezintegráló (koptató) hatások miatt sokkal kisebb nedvességtartalommal (szuszpenzió helyett például pasztaszerű állapotban) is beadagolható a szárítandó anyag (pl. élesztő), ezért a termékre vonatkoztatott fajlagos teljesítmény lényegesen nagyobb, mint az örlő-fluidizációsnál és így továbbfejlesztés után versenyképes lehetne a gejzír-réteges típussal is. Az előzőkből látható, hogy a korrekt eljárásoptimálás még egy adott, viszonylag szűk, nevezetesen az inert töltetes eljáráscsaládnál sem egyszerű feladat, mivel egyes esetekben (pl. a timföldhidrát szuszpenzió szárításánál) a roto-fluidizációs, míg másoknál (pl. az élesztőknél) a gejzírréteges eljárás alkalmazása mutatkozott az előnyösebbnek. 9

10 A szárítási szempontból problematikus szeszgyári sűrített melaszmoslék, a vinasz szárított formában, takarmányozási célokra történő felhasználásával kapcsolatosan megállapítottuk, hogy a fluidizációs eljárástechnika és jól megválasztott hordozó anyag(ok) alkalmazása esetén közel 30 m/m,% száraz vinasztartalmú, megfelelő fizikai tulajdonságokkal rendelkező granulátumok állíthatók elő. A kísérleti eredmények alapján kiszámítható, hogy egy folyamatos üzemű, hétcellás, cellánként 1,2 m névleges átmérőjű (összesen: kb. 8 m 2 alátét keresztmetszetű), fluidizációs-porlasztásos berendezésben elsősorban kukorica- vagy búzaliszt, búzakorpa-őrlemény, stb., hordozókkal kb kg/h (kb t/év) mennyiségű vinaszt lehetne feldolgozni, és ez kb kg/h (kb t/év) granulált terméket eredményezhetne. Korszerű technológia és takarmányként egyébként is használatban lévő hordozó anyag igény esetén tehát rendelkezésre állna, viszont kérdésként merül fel az, hogy a jelenlegi beruházási és üzemeltetési (műveleti) költségek mellett gazdaságos-e egyáltalán a szeszmoslékok szárítása és a termékre lenne-e fizetőképes kereslet. A különféle szárított szeszmoslékok felhasználásának gazdaságosságát a takarmányozással foglalkozó szakemberek is vitatják, viszont a hasznosítás környezetvédelmi jelentőségéről keveset lehet hallani. Összefoglalás A szilárd-folyadék diszperziók szárításával kapcsolatosan összefoglalás képpen megállapítható, hogy az Intézetünkben kifejlesztett, inert töltetes örlő- és roto-fluidizációs, valamint gejzír-réteges berendezések széleskörűen használhatók a nagy nedvességtartalmú szuszpenziók, pasztaszerű anyagok, stb., (többek között különféle eredetű és konzisztenciájú élesztők) szárazanyag-tartalmának por, ill. szemcsés formában történő kinyerésére. A fajlagos vízelpárologtatási teljesítményük lényegesen nagyobb, mint pl. a hagyományos fluidizációs berendezéseké, és a különböző inert töltetes típusok között korrekt eljárásoptimálás elvégzésének az eredményei alapján célszerű választani. Megállapítottuk továbbá, hogy a nehezen szárítható, melléktermékként keletkező szeszgyári sűrített melaszmoslék (a vinasz) jól megválasztott hordozó anyag (pl. kukoricavagy búzaliszt, búzakorpa, stb.) és a fluidizációs-porlasztásos eljárástechnika alkalmazásával szárított granulátum formára alakítható, azonban a takarmányozási célra történő alkalmazhatóságának gazdaságossága vita tárgyát képezheti. Véleményünk szerint a kidolgozott fluidizációs eljárásnak elsősorban a biotechnológiai úton előállított (pl. baktériumokat, vagy Na-Ca-laktátot, stb., tartalmazó) oldatok, ill. sűrítmények feldolgozásánál (szárításánál) lehet jelentősége. Irodalom 1. Ormós, Z., Blickle, T. (1980) Drying of pastes in fluidized bed (The fluidized bed grinding-drier), DRYING 80. Vol. 1. Developments in Drying. (Ed. by A.S. Mujumdar) Hemisphere Publ. Co., Washington, New York, London ( Mc Graw-Hill Int. Book Co.). pp Ormós, Z., Szentmarjay, T. (1987) Economic considerations in fluidized bed drying of pastes using inert particles. Drying Technology. 5. pp Erdész, K., Ormós, Z. (1986) Drying of paste-like materials in vibro-fluidized bed of inert packing. Drying 86. (Proc. of Fifth International Drying Symposium, IDS

11 August Cambridge, Massachusetts, USA). Hemisphere Publ. Co., Washington, New York, London, pp Szentmarjay, T., Pallai, E. (1989) Drying of suspensions or pulps in a modified spoutedbed drier with an inert packing. Drying Technology, 7(3), pp Szentmarjay, T., Szalay, A., Pallai, E., Ormós, Z. (1991) Study of drying processes on inert particles in a mechanically spouted bed drier. In.: Drying 91. (Ed.: Mujumdar, A.S., Filkova, I.). Elsevier Sci. Publ. Amsterdam, etc. pp Hajdu, R., Ormós, Z., Szalay, A. (1989) Drying of solid-liquid dispersions (suspensions, pastes) in a rotary fluidized-bed. Proceedings of the 5th Conference on Applied Chemistry Unit Operations and Processes. Balatonfüred, Vol Ormós, Z., Hajdu, R. (1997) Study of rotary fluidised bed driers I. Drying of suspensions and pastes. Hung. J. Ind. Chem. 25. pp Ormós, Z. (1997) Study of rotary fluidised bed driers II. Heat and mass transfer in the inert packing. Hung. J. Ind. Chem. 25. pp Ormós, Z. (1973) Granulálás fluidizált rétegben. MTA MÜKKI tudományos eredményei I. Méretváltozásos folyamatok a műszaki kémiában. Veszprém, old. 10. Ormós, Z., Csukás, B., Pataki, K. (1973) Investigations on the formation of granules in fluidized bed. Fluidization and its Applications. Cepadues-Editions, France, Toulouse, pp Ormós, Z. (1975) Granulálás fluidizált rétegben. Magyar Kémikusok Lapja old. 12. Ormós, Z., Csukás, B., Pataki, K. (1975) Mehrzellen wirbelschicht verfahren. Chemie Anlagen undm Verfahren. (1) Ormós, Z., Csukás, B., Pataki, K. (1976) Granulation and coating in multicell fluidized bed. Fluidization Technology. Mc Graw-Hill International Book Company, New York, Vol. II. pp Dencs, B., Ormós, Z. (1978) Szemcseképzés oldatból gázzal fluidizált rétegben. Magyar Kémikusok Lapja old. 15. Dencs, B., Ormós, Z. (1983) Attainment of steady state of product particle size distribution during the complete evaporation of solution in fluidized bed drier. Journal of Powder and Bulk Solids Technology. 7. pp Dencs, B., Ormós, Z. (1994) Őrlő-görgős fluidizációs-porlasztásos szárító és granuláló berendezés folyadékok szárazanyag-tartalmának kinyerésére. Magyar Kémikusok Lapja old. 17. Ormós, Z., Blickle, T. (1971) Eljárásoptimálás. Magyar Kémikusok Lapja old. 18. Blickle, T., Ormós, Z. (1972) A szárítási művelet helye a műszaki kémiában. Energiagazdálkodás old. 19. Szentmarjay, T., Ormós, Z. (1989) Sütőélesztő szárítása fluidizációs berendezésekben. Napjaink biotechnológiája. 19. sz. (Szerk.: Kállai, L.) OMFB-OMIKK, Budapest, old. 20. Pallainé, Varsányi, E., Ormós, Z. (1989) Sütőélesztő szuszpenzió szárítása inert töltetes, gejzír típusú szárítóban. Napjaink biotechnológiája. 19. sz. (Szerk.: Kállai, L.) OMFB-OMIKK, Budapest, old. 21. Dencs, B., Ormós, Z. (1989) Fermentlésűrítmények szárazanyag-tartalmának kinyerése granulátum formájában. Napjaink biotechnológiája. 19. sz. (Szerk.: Kállai, L.) OMFB- OMIKK, Budapest, old. 22. Szentmarjay, T. (1994) Drying of materials of high moisture content in mechanically spouted bed drier. Hung. J. Ind. Chem. 22. pp

12 23. Pallai, E., Szentmarjay, T., Mujumdar, A. S. (1995) Spouted bed Drying. In.: Handbook of Industrial Drying. (Ed. Mujumdar, A. S.) Marcel Dekker, Inc. New York, Basel, Hong Kong. Vol. 1. pp Farkas, I. (1976) Keveréktakarmányok előállítása és felhasználása a mezőgazdasági üzemekben. Mezőgazdasági Kiadó, Budapest. 25. Schmidt, J. (1996) Takarmányozástan. Mezőgazdasági Kiadó, Budapest. 12