Thermische Verfahrenstechnik (Fach) / 8. Feuchte (Lektion)

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• Wasser Wärmekapazität Schmelzwärme Verdampfungswärme 4,2 kJ / kg * K 333 kJ / kg 2260 kJ / kg 
• Wasserdampf: -Dichte -spez. Wärmekapazität -Wärmeleitfähigkeit -Dichte: 0,598 kg / m3 -Wärmekapazität: 2,08 kJ / kg K -Wärmeleitfähigkeit: 0,0248 W / (m*K)
• Wasserdampf -kritischer Punkt -Tripelpunkt -kritisch: 374,15 °C und 221,2 bar -Tripel: T = 0,01 °C entspricht 273,165 K 
• Nassdampf Gemisch aus Flüssigkeit und Sätttigungsdampf  beide Teile haben Sättigungstemperatur
• gesättigter Dampf bei der Dampfbildung befindet sich noch Flüssigkeit am Boden
• ungesättigter Dampf keine Flüssigkeit mehr vorhanden, aber Dampf wird weiter erhitzt
• Je höher die Temperatur des gesättigten Dampfes ... ... desto näher kommt er dem Zustand eines Gases und entfernt sich vom Flüssigpunkt
• Verdunsten Flüssigkeitsmoleküle unterhalb des Siedepunktes gehen in Dampfphase über
• Nassdampf Wie kommt es dazu -trocken und gesättigt: instabil -Gemisch von trockenem gesättigten Dampf und siedener Flüssigkeit
• Dampfgehalt Def und Formel Masse Sattdampf zur Masse des Nassdampfes  x = mD / ( mW + mD ) 
• Wann entsteht Dampf? wenn Flüssigkeit mit einer Wand in Berührung kommt, deren Temperatur höher als Siedetemperatur ist => Dampf an Phasengrenzflächen
• Verdampfung bei glatter Oberfläche Siedeverzug
• Unterschiede Verdampfen und Verdunsten Verdampfen: Sattdampfdruck = Umgebungsdruck  => Wasser muss erhitzt werden, bis es siedet und verdampfen kann Verdunsten: Sattdampfdruck feuchtigkeitsabgebende Oberfläche kleiner Umgebungsdruck
• 3 Siedeformen -stilles Sieden -Blasensieden -Filmsieden
• 4 Phasen beim Verdampfen (Diagramm) 1) freie Konvektion: erhitzte Teilchen steigen auf, Verdampfung 2) Blasenverdampfung 3) Heizfläche tw isolierender Dampffilm 4) Heizfäche ist mit Dampffilm bedeckt
• Wann nimmt Luft Feuchte auf? Bis wann? wenn der Dampfdruck der Feuchte größer als Wasserdampfteildruck des Gases bis Sättigungsdruck erreicht ist 
• 6 Größen feuchte Luft -absolute Temperatur -relative Luftfeuchte -absolute Luftfeuchte -spezifische Enthalpie -Wasserdampfteildruck -Sättigungsdampfdruck
• Wie hängen Sättigungsmenge und Temp zusammen Je höher Temperatur, desto höher Sättigungsdampfmenge
• absolute Feuchte Menge der in Luft befindlichen Feuchte in Bezug auf Menge trockener Luft
• relative Feuchte Verhältins des Dampfdruckes in Luft und Sättigungsdampfdruck
• Enthalpie Def h spezifische Enthalpie Wärmeinhalt, innere Energie
• spezif Enthalpie von Luft h(1+x) -ist Luft-Wasser-Gemisch -Gemisch 1kg trockene Luft mit x Wasserdampf -h(1+x) = hl + x*hD
• Enthalpie trockene Luft / Wasserdampf h = c*T hD = r + c*T
• Darstellung Mollier-Diagramm Achsen und innere Linien -Lufttemperatur y-Achse -absoluter Wassergehalt x-Achse => innen -Linien gleicher relativer Feuchte -Linien gleicher Dichte -Linien gleicher Enthalpie
• Wozu führt Feuchteaufnahme aus der Flüssigkeit bei einer freien Wasseroberfläche? Abkühlung der Flüssigkeitsoberfläche
• Was ist die Kühlgrenztemperatur? die maximal erreichbare Temperaturabsenkung bei einer freien Wasseroberfläche ergibt sich aus Feuchte und Temperatur der Luft, der Nebelisothermen und Schnittpunkt Sättigungskurve
• Welche 3 Arten der Wärmezufuhr werden beim Trocknen unterschieden? Wie erfolgt der Wasserentzug 2 ? -Kontakttrocknen -Konvektionstrocknen -Strahlungstrocknen => Wasserentzug durch Verdampfen oder Verdunsten
• 3 Trocknungsabschnitte bei hygroskopischem Gut? 1. Schritt: -Trocknungsgeschwindigkeit konstant -Verdampfung an der Oberfläche  2. Schritt: -Trocknungsgeschwindigkeit nimmt ab (Feuchtegehalt an Oberfläche sinkt) -Wärmeübergang Oberfläche und Wärmeleitung Gut 3. Schritt: -Trocknungsgeschwindigkeit fällt, nähert sich 0 -im Zentrum ist Dampfdruck der Restfeuchte im GW mit Umgebungsluft 
• hygroskopisches Gut Def. Produkt kann Wasser unter Dampfdruckabsenkung binden
• Wovon hängt das hygroskopische Verhalten der Produkte ab? Charakerisierung durch .. -Struktureller Aufbau -Größe innere aktive Oberflächr -molekularer Aufbau => Sorptionsisotherme 
• Was ist eine Sorptionsisotherme? y: Feuchtegehalt Produkt x: relative Luftfeuchtigkeit 
• Was bedeutet Hysterese? -für ein Produkt können sich bei gleicher Luftfeuchte Unterschiede in der Gleichgewichtsfeuchte einstellen ja nach dem ob Trocknung oder Befeuchtung
• Hysterese am Beispiel einer Pore Konsequenz Pore steht durch feine Kapillare in Verbindung mit der Umgebung -bei Adsorption: zunächst frei von Wasser; mit steigender Luftfeuchte Belegung; Füllung wenn Umgebungsdruck höher -bei Desorption: zu Beginn mit Wasser gefüllt, kann erst entweichen, wenn der Umgebungsdruck geringer ist  => bei trockenen Produkt muss höhere Feuchte als bei feuchtem vorliegen um auf denselben Feuchtegehalt 
• Wann Sprühtrocknung? für schnelle und schonende Trocknung
• 3 wichtige Parameter Sprühtrocknung; max Temperatur, wichtige Faktoren -Tröpchendurchmesser unter 300 um -Verdunstungstemperatur: 40-50 °C -Heißlufttemperaturen: 150-220 °C trockener  Zustand: max. Ablufttemperatur  wichtige Faktoren: gleichmäßige Größe, homogene Verteilung
• 4 Komponenten einer Zerstäubungstrocknungsanlage? -Luftfilter -Heizung -Zerstäuber -Zerstäubungstrockner
• Walzentrocknung -Grundprinzip -Nachteil das zu trocknende Gut wird als dünne Schicht auf eine heiße Walze gegeben und nach Umdrehung mit Messer im trockenen Zustand abgeschabt  Nachteil: stärkere thermische Belastung Produkt
• 5 Parameter -Walzendurchmesser 500-1500 mm -Walzenlänge: 1000-3000 mm -Drehzahl: 5-30 Umdrehungen pro min -Filmdicke: 0,1-0,5 mm -Drehtemp 120-165 °C
• Trockenmilchherstellung 3 Schritte, optionaler Schritt -Trockenmilchgehalt wird durch Eindeckung eingestellt -Homogenisierung -Sprühtrocknung unter 100 °C -optional: Instantisieren => hoch agglomrierte Pulver
• Prinzip der Wirbelschichttrocknung pulverfähige und körnige Produkte fluidisieren und dabei trocknen
• Was passiert, wenn ein rieselfähiges Produkt von Gas durchströmt wird? die Schüttung lockert sich auf, lebhaftes Verwirbeln, intensive Durchmischung
• Wann ist die Lockerungsgeschwindigkeit erreicht? Wirbelschicht wenn Druckverlust Durchströmen gleich Schwerkraft Schüttung p = H * g * (pK - pL ) * (1-ε) H: Schichthöhe E: Porösität p Dichte Korn und Luft
• Einsatz Wirbelschichttrocknung Granulieren, Tablettenüberzug, Verkapslung biologisch wertvollem Material
• Pro und Contra Wirbelschichttrocknung Pro: geringere Kosten, Verkapslung Contra: diskontinuierlich, höhere Kosten ggü. Sprühtrocknung
• Grundprinzip Gefriertrocknung Bedingungen Trocknen eines Gutes im gefrorenen Zustand Eis verdunstet oder verdampft unter Umgehung der flüssigen Phase  Druck und Temperatur unterhalb des Tripelpunktes
• Gefriertrocknung Vor- und Nachteile Konsequenz Vorteile: Erhalt Struktur, Farbe, Vitamine, Aminosäuren, Geschmack, Aroma Nachteile. hohe Kosten => nur höherpreisige Produkte
• 3 Elemente Gefriertrockner -Gefriertrocknungskammer -Kondensator -Vakuumpumpe
• 4 Phasen Lyozyklus -Gefrieren: Temperaturabsenkung  -Tempern: die Temperatur wird leicht erhöht aber unter 0 -Haupttrocknung: Druckreduktion, Temperatur höher aber unter 0 -Nachtrocknung: Druck etwas geringer, Temp über 0
• Gefriertrocknung: -Einfriertemperatur, Endtemp -Druck -Restfeuchte -Temp -70 bis -40 °C auf 0-25 °C -von ca 133 Pa bis 0,13 Pa  - unter 1 % Restfeuchte  => kein alternatives Verfahren 
• Gefriertrocknung am Beispiel gelöste Substanzen 1. Einfrieren -vorgekühlte Lösung auf Glastrommel -gefrorenes Granulat abgekratzt 2. Haupttrocknung -Vakuumpumpe Unterdruck => fein getrockneter Stoff 3. Nachtrocknung

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