Thermische Trocknung
Bei der thermischen Trocknung wird Flüssigkeit aus Feststoffen, Suspensionen oder Granulaten durch Erwärmung entfernt. Das Ziel besteht darin, den Feuchtegehalt auf einen definierten Wert zu reduzieren.
Die Trocknung kann durch Konvektion, Konduktion oder Strahlung erfolgen. Häufig werden heiße Luft, Dampf, Inertgas oder beheizte Flächen eingesetzt. Die verdampfte Feuchtigkeit wird mit einem Gasstrom abgeführt.
Die thermische Trocknung wird in der Chemie-, Lebensmittel-, Pharma-, Batterie- und Kunststoffindustrie eingesetzt. Sie beeinflusst die Produktqualität, die Lagerfähigkeit, die Reaktivität und das Fließverhalten. Bei der Auslegung werden Temperatur, Verweilzeit, Feuchtegehalt und Stofftransport berücksichtigt.
Konvektive Wärmeübertragung:
Q̇_conv = h · A · (T_s − T_f)
- Q˙conv ist die konvektive Wärmeübertragungsrate
- h ist der konvektiver Wärmeübertragungskoeffizient
- A = Wärmeübertragungsfläche
- Ts = Oberflächentemperatur (K oder °C)
- Tf = Flüssigkeitstemperatur (K oder °C)
Wärmeleitung (Konduktion); Fouriersches Gesetz:
Q̇_cond = k · A · (ΔT/δ)
- Q˙cond = Wärmeleitungsrate
- k ist die Wärmeleitfähigkeit des Materials
- A ist die Querschnittsfläche
- ΔT ist der Temperaturunterschied auf beiden Seiten der Wand
Wärmeflussdichte:
q = Q̇ / A
- δ = Wanddicke
- q = Wärmefluss
Strahlungswärmeübertragung; Stefan-Boltzmann-Gesetz:
Q̇_rad =ε ·σ · A · (T_s^4 - T_sur^4)
- Q˙rad ist die Strahlungswärmeübertragungsrate
- ε ist die Emissivität der Oberfläche
- σ ist die Stefan-Boltzmann-Konstante σ = 5,67×10−8 W/m2K4
- A ist die Strahlungsfläche
- Ts ist die Oberflächentemperatur
- Tsur ist die Umgebungstemperatur