Trocknungsverfahren Flashcards
Bedeutung des Luftzustandes für LMT (4)
● Zu hohe Luftfeuchtigkeit verlangsamt die Trocknungsgeschwindigkeit.
● Zu trockene Luft kann beim Kühllagern zu Austrocknung der Oberfläche der Lebensmittel führen.
● Feuchte Luft bei erhöhter Temperatur ist z.B. für Agglomerieren erwünscht
● Feuchte Luft bei niedriger Temperatur wird für die Käsereifung benötigt
Dampfdruck
-> was ist es
-> wann Energie höher
-> Gasdruck in einem mehrphasigen geschlossenen System
-> Energie ist bei höherer Temperatur höher
Was ist die relative Luftfeuchtigkeit
-> Masse an Wasserdampf in der Luft in Relation zur maximal möglichen Menge (Wassersattdampfdruck) bei einer bestimmten Temperatur
Was ist die absolute Luftfeuchte
Masse an Wasserdampf die in einem Kubikmeter Luftvolumen gelöst ist (Einheit: g/m^3)
Was ist die Enthalpie und woraus setzt sich die Enthalpie eines Luft/Dampf-Gemisches zusammen
Enthalpie: Maß für die Energie eines thermodynamischen System
Enthalpie Luft/Dampf-Gemisch (h)
h = h L + x*h0
h L: Enthalpie der Luft
h0: Enthalpie des Dampfes
Was herrscht im Gleichgewicht an Phasengrenze zwischen freiem Wasser und Dampf
im Gleichgewicht -> Sattdampfdruck (p’‘D)
Was führt zu einer Dampfdruckabsenkung (Wasserbindungsvorgänge)
Erhöhung der Feststoffkonzentration -> Dampfdruckabsenkung
Wofür ist die Wasseraktivität (a w) ein Maß
-> Maß für die Konzentration freier Wassermoleküle in der die Probe umgebenen Gasphase
Wovon ist die Wasseraktivität (a w) abhängig und was beeinflusst sie
-> abhängig von der Osmolalität
–> beeinflusst:
- chemische und biochemische Reaktivität
- Mikroorganismen Wachstum
- Textur eines Lebensmittels
Was ist die Hygroskopizität
Vermögen einer Substanz, auf den Feuchtigkeitsgehalt der Luft durch Wasserdampfaufnahme oder -abgabe zu reagieren
Was ist die Sorptiv gebundene Feuchte
- einzelne Moleküle binden nicht-kovalent an den freien Oberflächen eines Produkts
- Gleichgewicht zwischen umgebener Luftfeuchte und Produktfeuchte
Was ist das Sorptionsverhalten
- Eigenschaft eines hygroskopischen Erzeugnisses aus der Luft Wasserdampf aufzunehmen/abzugeben bis ein Gleichgewicht hergestellt ist
Was stellen Sorptionsisotherme dar
=> was ist aus Verlauf zu interpretieren
-> graphische Darstellung des Sorptionsverhalten einer Substanz
-> Beziehung zwischen Wassergehalt der Substanz und der relativen Luftfeuchtigkeit der Umgebungsluft
0> Verlauf beschreibt die Hygroskopizität
Mechanische vs. Thermische Trocknung
mechanische Trocknung:
- Feuchtgut Flüssigkeit ohne Zustandsänderung abpressen
- Einwirkung mechanischer Energie
- begrenzt auf Entwässerung der Mikrokapillaren
-> begrenzt auf deformierbare Güter
thermische Trocknung:
- es tritt eine Phasenänderung mindestens einer Komponente des Feuchtgutes auf
=> Wasser wird zu Wasserdampf
Trocknungsvorgang: Desorption einer Kapillaren
-> wie viel Schritte
-> 3 Schritte des Trocknungsverfahren
- Schritt des Trocknungsverfahren
- konstante Trocknungsgeschwindigkeit
- Oberfläche des Gutes enthält freie Feuchte und Verdunstung findet von da aus statt
- Flüssigkeitströpfchen schrumpfen, bis sich im Inneren Feststoffgerüst gebildet hat
- aus Inneren wird Wasser durch kapillare Zugkräfte an die Oberfläche transportiert
- Produktfeuchte an Oberfläche sinkt bis zur maximalen hygroskopischen Feuchte
- Schritt des Trocknungsverfahren
- Trocknungsgeschwindigkeit nimmt ab
- freie Feuchte mit einem a w nahe 1 tritt in das Innere des Gutes zurück
- Wärmeübergang = Wärmeübergang an Oberfläche + Wärmeleitung im Gut zusammen
- Wärmeleitfähigkeit der trockenen Außenzonen ist klein
- Schritt des Trocknungsverfahren
- zu Beginn dieses Abschnitts hat das Gut die maximal hygroskopische Feuchte erreicht
- Trocknung kommt fast zum Stillstand, da Restfeuchte so gering höheren Dampfdruck hat als die zu trocknende Luft
3 thermische Verfahren zur Feststoffabtrennung
Eindampfen:
- Abtrennung des Lösungsmittels aus einer Lösung durch Wärmezufuhr und damit verbundener Verdampfung
-> Endprodukt: konzentrierte Lösung
Trocknen:
- Abtrennung der Flüssigkeit aus Feststoff-Flüssigkeits-System, dem Feuchtgut, durch Verdunsten oder Ausdampfen der Flüssigkeit
-> Endprodukt: Trockengut
Sublimieren:
- fester Stoff durch Wärmezufuhr unter Überspringen des flüssigen Zustands direkt in gasförmigen Zustand über
-> Endprodukt: getrocknetes Gut mit annähernd ursprünglicher Form
Wozu dient das Eindampfen
- z.B. Zuckergewinnung
Aufkonzentration/Einengung von Extrakten: - Kondensmilchherstellung
- Nektarherstellung
Trocknen durch Konvektionstrocknung
Wärmeübertragung auf das Trockengut durch Konvektion:
● Überströmen dünner Trockengutlagen
● Durchströmen einer Trockengutschüttung
● Wirbelschicht
Aufgaben der Luft:
● Wärmezufuhr
● Aufnahme des entstehenden Dampfes
Trocknen durch Kontakttrocknung
- direkter Kontakt des Trockengutes mit beheizten Flächen
- Wärmeübertragung durch Wärmeleitung
- Optimierung:
● Umlagerung und Wenden des Trockengutes
● dünne Schichtung
● Herabsetzung der Verdampfungstemperatur durch Vakuum - Anwendung: kompakte Stoffe (bessere Wärmeleitung)
● pastenartige Massen
● Flüssigkeiten
Trocknen durch Strahlungstrocknung
- Wärmeübertragung durch Wärmestrahlung (durch Infrarotstrahler)
-> hohe Strahlungstemperatur - hohe Oberflächentemperaturen am Trocknungsgut:
● schnelles Trocknen
● ABER: örtliche Überhitzung möglich, daher regelmäßiges Wenden - Anwendung: Trocknung dünner Schichten
Was ist Verdunstungstrocknen
Welche Art von Trocknung ist das
Was hat der Dampfteildruck damit zu tun
-> beim Verdunstungstrocknen wird kontinuierlich warme Luft an das zu trocknende Gut übertragen (-> Konvektion)
-> Adiabate Trocknung: keine Wärme involviert, sondern ein energetischer Prozess
-> Dampfteildruck des Trocknungsgutes ist größer als der Dampfteildruck der Umgebungsluft (= Feuchtigkeit des Trocknungsgutes > Feuchtigkeit der Luft)
==> je Wärmer und trockener die Luft, desto schneller das Trocknen
Wieso kühlt die Luft um das Verdunstungstrocknungsgut ab
feuchte Oberfläche entzieht der Luft Verdunstungswärme (Verdunstungsenergie), sodass die Luft abkühlt
Zielstellung für Trockner
+ Beispiele für Trockner
- möglichst an der gesamten Gutsoberfläche hohe Verdunstungen zu erzielen
- die Energie der eingesetzten Trocknungsluft weitgehend auszuschöpfen
- hygienischen Anforderungen gerecht zu werden
Beispiele:
● Hordentrockner
● Bandtrockner
● Tellertrockner
● Wirbelschichttrockner
● Zerstäubungs- oder Sprühtrockner
Was ist die Sprühtrocknung
- Trocknung von Flüssigkeiten wie Milch, Fruchtsäfte, Glukosesirup
- schonendes Trocknungsverfahren, bei dem das Gut auf 40 bis 50°C erwärmt wird
-> durch Versprühen des Trocknungsgutes -> größere Oberfläche wird erreicht
Wie läuft die Sprühtrocknung ab
-> Prozess läuft in einem Turm ab
- gefilterte Frischluft wird im Wärmeaustauscher erhitzt und in Sprühturm eingeleitet
- Tropfen werden in Strom der Trocknungsluft gesprüht und mit diesem eingeführt (-> Gleichstromtrocknung)
- Tropfen müssen solange schweben, bis sie nicht mehr klebrig sind
- Oberfläche sollte nicht zu schnell austrocknen, da immer Wasser aus Kern in Tropfen nachdiffundieren muss
- Teil des Sprühgut sinkt, wird ausgetragen und gekühlt
- Feingut (ca. 40%) wird in nachgeschalteten Zyklon abgeschieden und zurückgeführt
- leichter Unterdruck durch Abluftventilator, der die Trocknungsluft durch gesamte Anlage absaugt
Warum geringe Trocknungszeiten bei Sprühtrocknung
-> wie lange
-> Trocknungszeit 10 - 40 s
-> durch hohe Partialdruckdifferenzen möglich, dadurch geringer thermischer Wirkungsgrad
Wie funktioniert die Verdampfungstrocknung
- wasserhaltiges Gut wird durch Kontakt mit einer Heizfläche aufgeheizt
- Sattdampfdruck (p’‘D.O) an Produktoberfläche = Umgebungsdruck
Prinzip der Walzentrocknung
-> nur für Flüssigkeiten
- Metallwalzen werden von innen mit kondensierendem Dampf beheizt
- Energie wird frei und auf Walze übertragen
- Produkt trocknet als dünner Film an Oberfläche
Wie kann Verdampfung bei geringerer Temperatur stattfinden
Wie funktioniert bei ähnlichen Bedingungen die Gefriertrocknung
-> Umgebungsdruck senken
= Vakuumverdampfungstrocknung
- bei Gefriertrocknung bewirkt Wärmezufuhr ein Sublimieren des Eises direkt zum Dampf
Was muss beim Sublimieren beachtet werden
Sublimationstemperatur muss unterhalb des eutektischen Punktes liegen, an dem sowohl freies Wasser – als auch das Lösungsmittel eine kristalline Struktur ausbilden
Was ist Eutektikum bzw. eutektischer Punkt
das ist der niedrigste Schmelzpunkt aller Mischungen aus denselben Bestandteilen
=> Sublimieren unter diesem Punkt
Warum muss beim Sublimieren dem Gut ständig Wärme zugeführt werden
Wegen Enthalpiedifferenz zwischen Wasserdampf und Eis muss zur Aufrechterhaltung des Massestroms (Wasserdampf) dauernd Kontaktwärme und Wärmestrahlung zugeführt werden
Vorteile der Gefriertrocknung
- tiefe Trocknungstemperaturen => schädigende Reaktionen werden stark gehemmt
- Erhaltung der Struktur -> gute Rehydrierbarkeit
- weitgehender Erhalt von Farbe, Vitaminen, Aminosäuren, Geschmack und Aroma
Lagerungseigenschaften von gefriergetrockneten Produkten
- poröse Struktur -> hohe spezifische Oberfläche für Kontakt mit Luftsauerstoff => Lagerung in gasdichten Verpackungen unter Vakuum oder Inertgas
- niedrige Kosten durch Lagerung bei Raumtemperatur
=> Kompensation der hohen Trocknungskosten
Gefriergeschwindigkeit und Eiskristallgröße + Auswirkungen
Gefriergeschwindigkeit bestimmt Eiskristallgröße -> je schneller, desto kleiner die Eiskristalle
- große Eiskristalle verursachen Zellschädigungen
- kleine Eiskristalle behindern Dampffluss
-> gibt Vor- und Nachteile
3 Schritte der Gefriertrocknung
- Produkte werden i.d.R. vorher getrennt und in der Gefrierkammer auf -6 bis -30°C gefroren
-> dünne Schichtdecke für bessere Trocknung beachten - Haupttrocknung: Eisspiegel tritt nach und nach in Produktinnere zurück, bis alle Eiskristalle absublimiert sind -> Anstieg der Produkttemperatur erfolgt
Atmosphäre über Trocknungsgut fast nur Wasserdampf -> wird durch Kondensator in Kühlfalle kondensiert. Vakuumpumpen halten Vakuum in Anlage aufrecht - Nachtrocknung: gebundenes Wasser wird entfernt. Je höher die Temperatur, desto schneller diffundiert das Wasser an Oberfläche. Kammerdruckabsenkung beschleunigt dies zusätzlich.
