Zerkleinern von Feststoffen Flashcards
Ziele der Zerkleinerung von Feststoffen und was ist es
Zerkleinern ist die Zerteilung eines Feststoffes unter Einwirkung mechanischer Kräfte
- Entnahme innerer Bestandteile
- Verminderung der Teilchen- oder Korngröße
Welche Arten der Zerkleinerung gibt es
- Hartzerkleinerung
- für organische und anorganische kristalline Stoffe, aber auch spröde / zähe Stoffe
-> dient zur Erzeugung feiner oder trockener Endprodukte (Pulver) - Zerkleinerung mittelharter Lebensmittel
organische Stoffe faseriger oder heterogener Struktur mit geringem Wassergehalt (14 - 16 %) - Weichzerkleinerung
- organische weiche Stoffe mit hohem Wassergehalt (60 - >80%) und plastischem Verhalten
- meist Erhaltung der Mikrostruktur gewünscht
→ Zerkleinerung oder Trennung durch Schneidvorgänge
Was kann auf Gut wirken (5)
◼ Schlag der Arbeitsfläche gegen das Korn
◼ Druck auf das Korn zwischen zwei Arbeitsflächen
◼ Prall des Korns gegen Arbeitsflächen oder Nachbarkörner
◼ Scherung (Schub oder Reibung) zwischen zwei Arbeitsflächen
◼ Schnitt mit schneideförmigen Arbeitsflächen
Bruchvorgang
- Korn zerfällt in unterschiedlich große Bruchstücke
-> es entstehen: - ein oder zwei kegelförmige Bereiche, in denen Material in sehr kleine Stücke zerkleinert wird (Feingutkegel)
- Rest des Korns zerfällt in grobe Splitter
- Charakteristische Korngrößenverteilung; tritt nicht auf bei Scherung oder Schnitt
Wofür dient der Zerkleinerungsgrad
Maß für die erreichte Zerkleinerung
-> je feiner die Zerkleinerung, desto größer ist der Zerkleinerungsgrad (n)
Was ist die spezifische, freie Oberflächenenergie (σ0)
die zur Vergrößerung einer Oberfläche erforderliche Arbeit bezogen auf die zusätzlich entstandene Oberfläche
Wovon ist die theoretische molekulare Zerreißspannung abhängig
-> abhängig von der spezifischen freie Oberflächenenergie, der Elastizität des Feststoffes und der Reichweite der Energie (Spaltlänge)
Was sind Kerbstellen
- sind Risse, Hohlräume, Fremdstoffeinschlüsse an der Kornoberfläche
- stehen unter Eigenspannung
- Eigenspannung von Kerbstellen wird durch Quelldruck von Wasser erhöht
→ geringerer Arbeitsbedarf bei Nassvermahlung
Was bestimmt die Kerbstellendichte
-> bestimmt Zerkleinerungsgrad
- Wirksamkeit der Kerbstellen nimmt mit zunehmender Zerkleinerung ab
→ Anstieg der Zerkleinerungsarbeit
Was ist die Zerkleinerungsarbeit
Die Nutzarbeit der Zerkleinerung W0 ist gleich der freien Grenzflächenenergie der zusätzlich geschaffenen Oberfläche:
◼ Die aufzuwendende Arbeit beträgt tatsächlich ein Vielfaches des Zuwachses an Grenzflächenenergie
Was ist der Energetische Wirkungsgrad und was geht damit einher
-> der energetische Wirkungsgrad beträgt nur 0,1 - 1%
damit geht einher:
- Energieverluste:
● nicht-elastische Deformation sowie andere Strukturveränderungen des Gutes
● Kinetische Energie der Bruchstücke
● Reibung der Körner untereinander
● Innere Reibung der beanspruchten Feststoffe
● Verschleiß der Arbeitsflächen (z.B. Walzenriffel)
=> Verlustarbeit fällt vorwiegend als Wärme an
Energetischer Wirkungsgrad:
was beeinflusst die entstehende Wärme aus der Verlustarbeit
● Eigenschaften des zu zerkleinernden Gutes (Dispersitätszustand, Fertigkeits- und
Bruchverhalten)
● Prozessbedingungen (Art, Intensität und Geschwindigkeit der Beanspruchung)
● Es dominieren Verluste für die nicht elastische Deformation und Reibung
● Nicht-elastische Deformation ist nur beschränkt beeinflussbar über
Beanspruchungsgeschwindigkeit und Beanspruchungstemperatur (z.B. Zerkleinerung
unter flüssigem Stickstoff)
Energetischer Wirkungsgrad:
was beeinflusst die Reibungsverluste
● durch die Kornzahlkonzentration im Prozessraum (damit auch durch die Korngrößenverteilung)
● durch die Wechselwirkungskräfte zwischen den Körnern selbst und dem umgebenden Medium (Luft, Flüssigkeit)
● durch die Beanspruchungsgeometrie
Zerkleinerungsverfahren:
Welche Korngröße wird beim brechen und mahlen erreicht
Brechen: > 5 bis 50 mm
Mahlen: > 0,005 bis 5 mm
Welche Maschinen gibt es zum brechen bzw. zum mahlen
Brecher: Hammerbrecher, Backenbrecher und Kegelbrecher
Mühlen: Kollergang, Scheibenmühle und Reibmühle
Wodurch werden Partikel beim Hammerbrecher bzw. Backenbrecher zerkleinert
Hammerbrecher
- Prall
- Reibung
- Scherung
Backenbrecher:
- Prall
- Schlag
Wodurch werden Partikel beim mahlen zerkleinert
- Scherung
- Reibung
Welche Bedeutung hat das Kaltmahlverfahren in der Lebensmittelindustrie
-> wie und warum Kühlverfahren
Bedeutung:
- Reduzierung der Erwärmung des Mahlgutes
- Verhinderung des Verdampfens von Aromastoffen
- Versprödung von weich-zähem oder elastischem Mahlgut
Kühlverfahren:
- Abkühlung mit flüssigem Stickstoff ( - 196 °C)
● zusätzliche Kühlung durch Verdampfung des flüssigen Stickstoffs; dadurch inerte Atmosphäre
● Verhinderung von Bränden und Staubexplosionen
Was sind die Feinheitsparameter
Feinheitsparameter d’
- Maß für Feinheit des Haufwerks
- ergibt sich bei einer Durchgangssumme von D = 63,2 %
-> hat die Bedeutung eines statistischen Korngrößenmittelwerts
Feinheitsparameter n
- hat die Bedeutung einer Gleichmäßigkeitszahl (Streuung um Mittelwert)
- je größer n, desto gleichkörniger ist das Haufwerk
- Bestimmung im Körnungsnetz durch Parallelverschiebung zum Pol
-> ablesen von n auf dem ersten Randmaßstab
Spezifische Oberflächen:
was ist die volumenbezogene spezifische Oberfläche Sv
-> wie wirdsie berechnet
Funktion des Kornmittelwertes d’ und der Gleichmäßigkeitszahl n
-> Division der abgelesenen Kennzahl durch d’ und Multiplikation mit dem Formfaktor φ des betroffenen Feststoffs
