Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Intermittierende Mikrowellentrocknung für die Ziegelindustrie

Die intermittierende Mikrowellentrocknung kann derzeit als einziges alternatives Verfahren die rein auf fossilen Brennstoffen basierende konvektive Trocknung in der Ziegelindustrie ablösen und zu einer Verkürzung der Trocknungsdauer bei gleichzeitiger energetischer Optimierung des Prozesses beitragen. Der im Vergleich zur konvektiven Trocknung um ein Vielfaches effizientere Energieeintrag ermöglicht sehr hohe Verdampfungsgeschwindigkeiten und bedarf daher einer gut optimierten Regelung. Andernfalls würden die hohen Dampfdrücke zur Zerstörung der Ziegelrohlinge führen. Die Prozessteuerung muss auf den zeitlich veränderlichen und beiderseitig gekoppelten Temperatur- und Feuchtigkeitsprofilen im Inneren der Ziegel basieren. Bisher existieren aber keine belastbaren Daten an Hand derer dies realisierbar ist.

Ziel des Projektes ist es, auf Grundlage der Materialeigenschaften und experimentbasierter Berechnungsmodelle die intermittierende Mikrowellentrocknung so weit zu entwickeln, dass sie als Verfahrensschritt für die Ziegelindustrie und somit als ein alternatives Trocknungsverfahren zur Verfügung steht. Zur Beschreibung des Trocknungsprozesses sollen elektrodynamische und thermodynamische Modelle formuliert und miteinander gekoppelt werden. Für die Modellformulierung und deren Validierung werden Experimente in einem absatzweise betriebenen Mikrowellentrockner stattfinden. Außerdem ist eine vollständige Charakterisierung sowohl der Ziegelrohlinge wie auch der fertig getrockneten Produkte vorgesehen.

Von den angestrebten Ergebnissen würden die Ziegelhersteller (im Wesentlichen KMU) direkt und die Anlagenbauer der Ziegelindustrie und Mikrowellenhersteller (vorwiegend KMU) indirekt profitieren. Ziel ist es, im absehbar wachsenden Markt ressourcenschonender Trocknungstechnologien die Wettbewerbsfähigkeit deutscher KMU durch innovative und wissensbasierte Methoden zu sichern und auszubauen.

Ergebniszusammenfassung:

Die intermittierende Mikrowellentrocknung von feuchten Ziegelrohlingen ist unabhängig von der Geometrie und der spezifischen Materialzusammensetzung grundsätzlich machbar. Damit wurde die technische Machbarkeit der intermittierenden Mikrowellentrocknung nachgewiesen. Die Trocknung von Ziegelrohlingen wird auf Grundlage der Mikrowellenerwärmung vollständig elektrifizierbar, und ist als wesentlicher Prozessschritt (auf erneuerbaren Energien) treibhausgasneutral. Die Energieeffizienz der Einzelrohlingstrocknung liegt mindestens im Bereich industrieller Trockner, nämlich bei 1,1 - 1,65 kWh pro Kilogramm verdampftem Wasser.

Trotz der Vergleichmäßigung des EM-Feldes und der Bewegung der Proben, treten im Inneren der Ziegelrohlinge grundsätzlich sog. hot spots, also Regionen mit hoher Temperatur, auf. Diese sind von der Geometrie und von der Anordnung der Ziegelrohlinge zum Magnetron abhängig. Die Temperaturverteilung ist umso homogener und die Trocknung umso effizienter, je höher die Wärmeleitfähigkeit des Materials ist. Die hygrothermischen und dielektrischen Materialeigenschaften sind durchgängig feuchte-, dichte- und temperaturabhängig. Daher sind die Modellierung der Trocknungsprozesse sehr komplex. Zur Beschreibung des Trocknungsprozesses wurden elektrodynamische und thermodynamische Modelle formuliert und miteinander gekoppelt.

Von den Ergebnissen profitieren die Ziegelhersteller (im Wesentlichen KMU) direkt und die Anlagenbauer der Ziegelindustrie und Mikrowellenhersteller (vorwiegend KMU) profitieren indirekt. Ziel ist es, im absehbar wachsenden Markt ressourcenschonender Trocknungstechnologien die Wettbewerbsfähigkeit deutscher KMU durch innovative und wissensbasierte Methoden zu sichern und auszubauen.

Es ist ein Anschlussvorhaben (AiF-IGF) geplant, um die feuchte-, dichte- und temperaturabhängigen Materialeigenschaften zu nutzen, um die Prozessführung effizienter zu gestalten.