Sproeidrogen 2.0

TNO maakt print-droogtechniek klaar voor de praktijk

Onderzoekers van TNO kunnen oplossingen van eiwit, koffie of calciumcitraat een droogtoren of cycloondroger inspuiten met behulp van een aangepaste printkop. Daardoor ontstaat een controleerbaar droogproces zonder de zo gevreesde fines en met veel mogelijkheden voor energiebesparing.

Tekst: David Redeker

De testopstelling staat in het trappenhuis van TNO Eindhoven. Dat is volgens onderzoeker Joris Salari een ideale plek om een droogtoren van 17,5 meter hoog te simuleren. “Het voordeel van de trappen langs onze buis is dat we gemakkelijk op 15 meter, 11 meter of op 5 meter hoogte kunnen testen. Dan brengen we de printkop gewoon een paar verdiepingen lager.”

Trillend piëzo-element

De printkop. U leest het goed. Bij TNO in Eindhoven drogen ze met een printkop. Salari: “We hebben zelf een printkop ontwikkeld die hoog viskeuze vloeistoffen kan verwerken. Dat is een voorwaarde voor de sproeidroogindustrie. Het principe dat we gebruiken wordt ook toegepast in bestaande inktjetprinters.” Salari laat een plaatje zien van de aangepaste printkop. Het grote verschil is de plek van het piëzo-element die door TNO een stuk dichter bij de uitstroomopening is gezet. Het piëzo-element kan gecontroleerd laten trillen. Salari: “We kunnen de grootte van de druppels aanpassen door te spelen met de vloeistoftoevoer en door het piëzo-element sneller of langzamer te laten trillen.”

De printkop die TNO gebruikt om efficiënter te sproeidrogen.

 

Perfecte druppels en homogeen poeder

Salari legt uit dat hij met zijn collega’s in de eerste tests vooral heeft gekeken of ze duizenden precies gelijke, fijne druppeltjes kunnen maken die zo lang mogelijk los van elkaar blijven en niet samenvloeien tot grotere druppels. Daarnaast keken ze naar het poeder dat bij het drogen ontstond. Wat bleek? De druppeltjes vallen, na wat aanpassingen, perfect als een kralensnoer naar beneden en het poeder is mooi homogeen.

Geen fines

Salari: “Als je dat vergelijkt met conventionele sproeidroogtorens dan zijn we echt veel beter.” In conventionele sproeidrogers kan de druppelgrootte minder goed worden gecontroleerd. Bovendien ontstaan er vaak fines, extreem kleine deeltjes die verderop in het proces problemen opleveren en die kunnen zorgen voor stofwervelingen en stofexplosies. Salari: “Wij hebben geen fines, dus we kunnen verderop in het proces ook veel efficiënter werken.” Salari duidt bijvoorbeeld op het gebruik van energiebesparende warmtewisselaars. Fines verstoppen filters en warmtewisselaars, dus daarom kunnen warmtewisselaars niet efficiënt worden gebruikt. Met printdrogen kan er na de droogstap wel een warmtewisselaar worden ingezet en dan kan de warmte hergebruikt worden.

Salari legt uit dat het mooie van printdrogen is dat er een constant proces ontstaat dat goed te controleren is. “Bij conventionele drogers wordt voor de verblijftijd vaak uitgegaan van de grootste druppels en de grootste deeltjes. Het kleinere poeder kan dan al oververhit zijn. Als je bijvoorbeeld met eiwitten of met geur- en smaakstoffen te maken hebt, dan is dat slecht voor de smaak. Daar heb je met printdrogen geen last van.”

Met printdrogen kun je een ‘gordijn’ creëren van gelijke druppeltjes die los van elkaar naar beneden vallen.

 

Retro-fitting: printkop in bestaande sproeidroger

De onderzoekers keken niet alleen naar laminair drogen in een droogtoren. Ze hebben de printkop ook ingebouwd in bestaande, veelgebruikte sproeidrogers. Ook hier zijn de eerste resultaten veelbelovend. Salari laat grafieken zien van de spreiding in deeltjesgroottes. Bij de conventionele sproeidroger zonder printkop ziet de curve eruit als een kerstklok: de druppels variëren van klein tot groot. Bij een droger met printkop is er geen spreiding meer. De curve is een piek geworden. De druppels zijn allemaal even klein. Ook na het drogen, zijn de verschillen duidelijk. Zonder printkop is er een grote spreiding. Er zijn klonten, er is poeder en er zijn de gevreesde fines. Met printkop is er ook nog wel wat spreiding, maar de grootste klonten zijn weg en, nog fijner, er zijn geen fines meer.

Energiebesparing

De onderzoekers zijn nu aan het opschalen. In plaats van één printkop met één uitstroomopening hebben ze inmiddels een element met 150 uitstroomopeningen gemaakt. Die elementen zijn modulair en kunnen naast elkaar worden gezet.

Het project van Salari en zijn collega’s is onderdeel van een groter EU-project voor de melkindustrie met de naam Enthalpy (zie ook het artikel ‘Melkpoeder doorgerekend‘).Het doel van het project is om 63% energie te besparen en 18% water. Salari: “Wij hebben de printdroger helaas nog niet goed kunnen testen met melk omdat de printkop verstopte. Maar ik vermoed dat we dat probleem wel kunnen oplossen en dan ligt de weg open voor een grote energiebesparing. Vooral omdat we het proces veel beter kunnen controleren en omdat we geen fines hebben.”

Dit artikel komt van www.processinnovation.nl en is gebaseerd op de presentatie die Joris Salari (TNO) op 21 november 2016 gaf bij het jaarcongres van de NWGD.