Bei der Verdunstung ist die Temperatur niedriger als die Siedetemperatur des Lösungsmittels beim zugehörigen Druck. Bei der Verdampfung ist die Temperatur gleich der Siedetemperatur des Lösungsmittels (bei Wasser und Normaldruck 100°C). Bei der Gefriertrocknung sublimiert die Feuchte, d.h. sie geht bei Temperaturen unterhalb des Gefrierpunktes direkt vom festen in den gasförmigen Zustand über.

Die Energie, welche zur Trocknung aufgewendet werden muß, kann überschlägig berechnet werden zu:

Q = m_tr * (x_ein - x_aus) * h_v

mit

Q - zur Verdampfung aufgewendete Wärmeenergie in kJ

m_tr - trockene Produktmenge in kg

x_ein - Anfangs- oder Eintrittsfeuchte

x_aus - End- oder Austrittsfeuchte

h_v - Verdampfungsenthalpie in kJ / kg Flüssigkeit: um ein kg Wasser zu verdampfen müssen beispielsweise 2500 kJ aufgewendet werden, bei organischen Lösungsmitteln ist die Verdampfungsenthalpie deutlich niedriger

Real muß ein höherer Energiebetrag aufgewendet werden, da auch das Produkt erwärmt wird und der Trocknungsprozeß Wärmeverluste aufweist.

Bei kontinuierlichen Trocknungsprozessen berechnet man die erforderliche Leistung in kW, indem man in obiger Formel den Trockenproduktmassenstrom in kg / Sekunde einsetzt.

Bei der konvektiven Trocknung wird die notwendige Energie durch die fühlbare Wärme des Trocknungsgases bereitgestellt. Das Trocknungsgas gibt die Wärme ab und nimmt die Feuchte auf:

Q = m_l * c_pl * (T_ein - T_aus)

mit

Q - übertragene Wärmeenergie in kJ

m_l - Trocknungsgasmenge in kg

c_pl - spezifische Wärmekapazität des Trocknungsgases (für Luft: 1 kJ/(kg*K), ebenso für Stickstoff als Inertgas)

T_ein - Eintrittstemperatur des Trocknungsgases

T_aus - Austrittstemperatur des Trocknungsgases

Die konvektiven Trocknungsprozesse sind fast ausschließlich kontinuierliche Trocknungsprozesse, deshalb wird der Trocknungsgasstrom in kg / Sekunde eingesetzt und die vom Trocknungsgas bereitgestellt Leistung ergibt sich in kW.

Bei der Kontakttrocknung wird die erforderliche Wärme durch den Kontakt des feuchten Trocknungsguts mit heißen Flächen bewirkt. Um eine möglichst gute Wärmeübertragung zu gewährleisten wird der Feststoff in den meisten Kontakttrocknern mehr oder weniger intensiv gemischt, so daß immer wieder feuchtes, kühleres Produkt an die Kontaktfläche gebracht wird. Die übertragene Wärmemenge wird berechnet zu:

Q = k * A * (T_heiz - T_prod) * t

mit

Q - übertragene Wärmeenergie in kJ

k - Wärmeübergangskoeffizient in W / (m² * K), z.B. 50 W / (m² * K) als typischer Wert für Schaufeltrockner

A - Wärmeübertragungsfläche

T_heiz - Wandtemperatur der Heizfläche

T_prod - Produkttemperatur

t - Kontaktzeit

Die über die Heizfläche übertragbare Leistung in kW berechnet man, indem obige Gleichung durch die Kontaktzeit t dividiert wird.

Der Energietransport durch Strahlung zwischen den Oberflächen zweier Körper hängt im wesentlichen von der Temperatur des Strahlers ab:

Q = C_m * A₁fi_1,2 * (  (T₁/100)⁴ - (T₂/100)⁴ ) * t

mit

Q - übertragene Wärmeenergie in kJ

C_m - Strahlungskoeffizient, abhängig von den Strahlungskoeffizienten von Strahlungsquelle und Trocknungsgut in W / (m² * K⁴)

A₁fi_1,2 - Einstrahlzahl, abhängig von den geometrischen Verhältnissen der Flächen und dem Einfallwinkel der Strahlung in m²

T₁ - Temperatur der Strahlungsquelle in K

T₂ - Temperatur des Trocknungsguts

t - Zeit der Strahlungseinwirkung

Die übertragene Leistung in kW berechnet man, indem man obige Gleichung durch die Kontaktzeit t dividiert.

Als die wichtigsten sicherheitstechnischen Kenngrößen sollten bekannt sein:

• der Onset exothermer Reaktionen, von dieser Temperatur ist im Prozeß ein hinreichender Sicherheitsabstand einzuhalten,
• die Brandzahl als Maß für die Gefahr im Fall von lokal ausbrechenden Bränden,
• die Staubexplosionsfähigkeit und entsprechende Mindestzündenergie gibt einen Hinweis auf Explosionsgefährtungen und eventuell erforderliche Schutzmaßnahmen wie Explosionsunterdrückung, Druckentlastung, druckstoßfeste Ausführung des Trockners und seiner Peripherie oder Inertisierung.

Für die Feuchtemessung an Feststoffen steht eine Reihe von Meßmethoden zur Verfügung, die an das spezielle Produkt angepasst werden müssen. Die gebräuchlichsten sind gravimetrische Methoden (Trockenschrank bzw. Vakuumtrockenschrank für temperaturempfindliche Feststoffe, Infrarotwaagen) oder chemische Methoden (Karl - Fischer - Titration).

Die sorptiven Eigenschaften des Feststoffes (z.B. seine Hygroskopizität) werden durch die Messung einer Sorptionsisotherme ermittelt. Dabei wird der Feststoff unterschiedlichen Umgebungsfeuchten ausgesetzt (z.B. im Exikkator über gesättigten Salzlösungen). Die Sorptionsisotherme stellt bei einer bestimmten Temperatur die Gleichgewichtsfeuchte über der relativen Umgebungsfeuchte dar. Für viele Feststoffe ist die Ermittlung der Sorptionsisotherme zur Auslegung des Trocknungsprozesses nicht erforderlich, weil diese nur sehr schwach hygroskopisch sind oder die Restfeuchte nicht unmittelbar die anwendungstechnischen Eigenschaften des Trockenprodukts (z.B. dessen Lagerstabilität, Rieselfähigkeit) bestimmt.

Die Trocknungskinetik muß experimentell bestimmt werden. Nur wenige Unternehmen haben die erforderlichen Labor- und Technikumseinrichtung im Haus. In der Regel werden deshalb nach einer Vorauswahl des Trocknungsverfahrens anhand von Randbedingungen (wie z.B. den geforderten anwendungstechnischen Eigenschaften der Trockenprodukts) Auslegungsversuche beim Apparatehersteller durchgeführt.