Trocknen von Dispersionen -1- Grundlagen der Trocknung Flashcards
(15 cards)
Warum werden Formulierungen getrocknet? Ziele?
• Transportkosten senken, Lagerkapazität erhöhen: Massen- und Volumenreduktion
• ‘Product Design’: Instantpulver herstellen
• Produktqualität erhalten oder verbessern: dazu Wasseraktivität aw senken, wertgebende Inhalts-
stoffe erhalten, MO-Wachstum vermeiden, ungewünschte chemische Reaktionen (z.B. Oxidation) unterbinden, ungewolltes Verbacken von Pulvern vermeiden
Ist der reine Wassergehalt entscheident für die Haltbarkeit des Produkts?
Für die Stabilität von Formulierungen ist daher NICHT der Wassergehalt entscheidend, sondern die Verfügbarkeit von freien Wassermolekülen, d.h. die Wasseraktivität (der aw-Wert).
Was ist die Wasseraktivität?
Die Wasseraktivität ist ein Maß für die freie Verfügbarkeit von Wassermolekülen in einem Produkt. Gemessen wird sie gemäß der Definition von Lewis über den Wasserdampfpartialdruck über dem Produkt
Welches Gleichgewicht nutzt man für die Bestimmtung des aw werts?
Ist ein Produkt im Gleichgewicht (GG) mit der umgebenden Atmosphäre, so entspricht die relative Luftfeuchte φ in der unmittelbaren Produktumgebung dem aw-Wert des Produkts
Was ist die Sorptionsisotherme?
Die Sorptionsisotherme gibt Auskunft über die Menge des zu entfernenden Wassers für das Haltbarkeitsziel (aw,end) und die Art der Wasserbindung
!!Beachte: Die Sorptionsisotherme für Adsorption ≡ Befeuchtung ist oft nicht idenQsch mit der SorpQ- onsisotherme für Desorption ≡ Trocknung.
Was kann mit der Sorptionsisotherme bilanziert werden?
- die masse an wasser die entfernt werden muss
- die dafür zuzuführende Enthalpie Q
Was sind die wichtigsten Trocknungsverfahren?
- Verdunstungs- oder Konvektionstrocknung
* Verdampfungs- oder Kontakttrocknung
Was ist das Prinzip der Verdunstungs- oder Konvektionstrocknung?
Wärmeübertragung und Wasserabtransport durch heiße Luft; Wasser verdunstet.
Wasserdampfpartialdruck p’‘D,OF > pD,L, Produkttemp. TP < TS und < TL Verdampfender Wassermassenstrom
z.B. Band- oder Sprühtrockner
Was ist das Prinzip der Verdampfungs- oder Kontakttrocknung?
Wärmezufuhr durch unmittelbaren Kontakt einer
heißen Fläche mit dem Produkt.
Wasserabtransport durch das umgebende Gas.
Wasser verdampft bei Erreichen der der Verdampfungstemperatur TS.
z.B. Walzentrocknung
> > druck senken bei empfindlichen Produkten ->vakuumgefriertrocknen möglich
Was passiert im 1. Trocknungsabschnitt?
Im 1. Trocknungsabschnitt (1) wird das freie Wasser, das an der Oberfläche des feuchten Gutes ist, verdunstet. (an Oberfläche aw=1)
Trocknungsgeschwindigkeit wird durch Wärme- und Stoffübergangskoeffizienten und die treibenden Gefälle für Wärme- und Stoffübergang bestimmt
An der Oberfläche stellt sich die Kühlgrenztemperatur TKG ein (Sattdampfdruck abhängig). -> bestimmung durch Mollier-Diagramm
Durch was kann die Trocknung im 1. Trocknungasabschnitt beschleunigt werden?
- Erhöhung der Wärme- und Stoffübergangskoeffizienten: hohe Strömungsgeschwindigkeit der Luftα ↑, β ↑
- Erhöhung der treibenden Gefälle durch hohe Lufteintrittstemperatur, trockene Luft; Achtung: geringere Produkttemperatur bedeutet: geringerer Dampfdruck an Produktoberfläche
- Vergrößerung der Produktoberfläche A ( Zerstäubung)
Was passiert im 2. Trocknungsabschnitt?
die Oberfläche des Gutes ist trocken. Kein freies Wasser ist mehr vorhanden.
Nun muss Wasser aus den Kapillaren verdunsten, zunächst aus den großen, dann aus immer kleineren Kapillaren.
-> die Trocknungsgeschwindigkeit nimmt ab
-> Gut wird außen wärmer
Was passiert im 3. Trocknungsabschnitt?
In diesem Abschnitt wird das adsorptiv stark gebundene Wasser und Kristallwasser vom Produkt entfernt. Um dieses Wasser zu entfernen, muss zusätzlich zur Verdampfungsenthalpie die Sorptions- bzw. Kristallisationsenthalpie aufgebracht werden.
Die Trocknungsrate nimmt weiter ab.
Trockene Bereiche erwärmen sich, bis die Oberflächentemperatur des Produktes die Temperatur der Trocknungsluft annimmt.
Wann ist die Trocknung beendet?
Jede Trocknung ist beendet, wenn das hygroskopische Gleichgewicht erreicht wird (Produkt und Luft stehen im GG) p‘‘D,OF = pD,L T = TL X = Xhy,GG aw,end = Feuchte der Trocknungsluft (φL)
Wann ist ein nicht hygroskopisches Gut trocken?
bereits am Ende des zweiten Trocknungsabschnittes
