Allg. Lebensmitteltechnologie (Fach) / (1) Einführung Grundprozesse (Lektion)

Uni Bonn SS'17

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• Mechanische Grundprozesse: Trennen Klassieren  Sortieren  Filtrieren  Sedimentieren  Zentrifugieren  Schaumbrechen  Entstauben to dust Flotieren to float
• Mechanische Grundprozesse: Mischen Körnige Systeme  Fluide Phasen  Suspendieren  Dispergieren (flüssig-flüssig)  Begasen von Flüssigkeiten 
• Mechanische Grundprozesse: Zerteilen Zerkleinern  Versprühen 
• Mechanische Grundprozesse: Agglomerieren Pelletieren  Brikettieren, Tablettieren 
• Was versteht man unter Klassieren? Mechanische Grundprozesse – Trennen: Klassieren  Trennung von Körner-kollektiven in unterschiedliche Feinheit  a) Siebklassieren: durch semipermeable Trennflächen (Siebe) b) Stromklassieren: Der Klassiereffekt erreicht durch unterschiedliche Sinkgeschwindigkeiten bzw. Partikelbahnen aufgrund von Feld-, Strömungs- & Trägheitskräften .
• Was versteht man unter Sortieren? Sortieren: Mechanische Grundprozesse: Trennen  Trennung von Körnerkollektiven nach stofflichen Gesichtspunkten (physikalische Eigenschaften z. B Dichte)→ Das Trennmerkmal, in dem sich die Bestandteile am stärksten unterscheiden.  
• Was versteht man unter Filtrieren? Anwendungsbeispiele Filtrieren: Mechanische Grundprozesse des Trennens Trennung von grober bis feinster schwerabsetzender Suspensionen in die Komponenten Klarflüssigkeit (Filtrat) & Feststoff (Filterkuchen) mit Hilfe einer für die Flüssigkeit durchlässigen Schicht (Filtermittel), von der der Feststoff zurückgehalten wird.  Anwendungsbeispiele: Gärungs- & Getränkeindustrie 
• Was versteht man unter a) Siebfiltration a) Siebfiltration:  Rückhaltung durch Sieb/Gewebe (Stützmaterial) mit Poren KLEINER/GLEICH dem Durchmesser der Partikel. Partikel sind homogen/ gleichmäßig groß. Zur Abscheidung geringer Partikelmengen & faseriger Stoffez. B. zur Vorfiltration 
• Was versteht man unter b) Oberflächenfiltration? b) Oberflächenfiltration  Stützmaterial (Gewebe, Filz felt) hält Filterhilfsmittel (Filterkuchen) so zurück, dass dieses die eigentliche Filterfunktion übernehmen kann. Filterkuchen > Poren > Partikel, die unterschiedliche groß sind. z. B Tee-beutel, Rauchgas „Trüblauf“ während der Anfahrphase wird verworfen/zurückgeleitet. Üblicherweise batch-Betrieb ⇒ da Zunahme des Drucks bei konstantem Fluss 
• Was versteht man unter c) Tiefenfiltration? Tiefenfiltration:  Zur Abtrennung kleiner bis mittlerer Partikel (Bakterien, Hefen) & bei GERINGER Partikel-konzentration. als Filterhilfsmittel: Möglichst kugelförmige Partikeln gleichen Durchmessers auf dem Stützmaterial angeschwemmt.  Partikel lagern sich durch Dipol-Dipol Wechselwirkung in den Hohlräumen des Anschwemmfilters ein.  z. B bei Abwasser: Bakterien
• Was versteht man unter Zentrifugieren? Zentrifugieren: Mechanische Grundprozesse: Trennen: Trennung heterogener Systeme mit geringer Dichtedifferenz & kleinen Partikel, Tropfen od. Gasblasen durch Zentrifugalbeschleunigung. 
• Mechanische Grundprozesse – Mischen Mischen: Umkehrung des Trennens  Einbringen unterschiedlich zusammengesetzter Komponenten in einen Prozessraum   mit dem Ziel = eine gleichmäßige Verteilung der Mischungsbestandteile über das Mischvolumen zu erreichen. Mischgut = soll an jeder Stelle des Prozessraums die gleiche Zusammensetzung aufweisen Kontinuierliche oder diskontinuierliche Verfahren 
• Erläutern das Prozessziel und das Wirkprinzip des Mischens von körniger Systeme. Prozessziel Mischens: Abbau von Inhomogenitäten Annäherung an den Zustand der vollständigen Zufallsmischung  Wirkprinzip Mischens: Durchmischen der Komponenten durch Kraftwirkungen, die durch rotierende Prozessräume, Agitations- od. Rührorgane od. Durchströmung erreicht werden.
• Was versteht man unter "Mischens in fluiden Phasen"? Mischen in fluiden Phasen: Verteilung von 2 od. mehreren vollständig ineinander löslichen Flüssigkeiten bis zum Bereich molekularer Abmessungen. Zwischen den Komponenten bilden sich keine Phasengrenzflächen aus. 
• Was versteht man unter Suspendieren? Welche mechanischer Einsatz wird angewendet? Suspendieren  Mechanische Grundprozesse: Mischen  Verteilen von festen grobdispersen Partikel od. Zerteilen & Verteilen von Agglomerationen in einer äußeren flüssigen Phase. Suspensionen sind INSTABIL ⇒ d.h. sie entmischen sich durch Sedimentation od. Aufsteigen der festen Phase, wenn dem System nicht laufend Energie zugeführt wird.  Einsatz: meist axialfördernder Rührer in Rührbehälter (mit gewölbtem Boden)
• Was versteht man unter Dispergieren? Dispergieren: Mech. Grundprozesse = Mischen  Erzielte Umwandlung einer Schichtenstruktur in eine Tropfenstruktur von Flüssigkeitsgemischen durch Turbulenz, die nicht od. in sehr geringen Umfang ineinander löslich sind. Sie bleiben auch in dispergierter Form durch mehrere Phasengrenzflächen getrennt.  z. B Öl (disperse Phase) & Wasser (äußere Phase)
• Was versteht man unter Versprühen (Zerstäuben)? Ziele und Anwendung? Versprühen (Zerstäuben): Mech. Grundprozesse = Zerteilen  Zerteilen eines Flüssigkeitsstrahles in Tropfen durch Düsen, rotierende Hohlwellen mit Scheiben & spezielle wabenartige honeycombed Duschköpfe unter Druck & mit Zentrifugalkräften.  Ziele:  Vergrößerung der Oberfläche Vermischung mit Gasphasen zur Intensivierung des Stoff- & Wärmeüberganges. Herstellung von Produkten mit bestimmtem granulometrischem Zustand Gleichmäßiges Verteilen von Flüssigkeiten auf Flächen  Anwendung: Sprühtrocknung (Trockenmilch, Instantgetränke) 
• Vorgang des Zerstäubungs- oder Sprühtrockners Zerstäubungs- oder Sprühtrockners Im Zerstäubungstrockner werden dünn- bis dickflüssige, breiartige & pastöse Güter bei hohen Durchsätzen flow rate getrocknet. Sie werden am Kopf des Trockenraums über Düsen fein verteilt aufgegeben &.. im Gleichstrom im Heißluftstrom nach unten getragen. 
• Was versteht man unter Agglomerieren? welche technologische Ziele erreichen dadurch? Agglomerieren:  Umkehrung des Zerteilens ⇒ Gröbere Teilchen werden aus feinen/ kleinen Teilchen durch Wirksamwerden von Bindekräften erhalten. Tech. Ziele: Grundnahrungsmittels-bereich (Zucker, Mehl): Agglomerieren erleichtert ⇒..a) die Weiterverarbeitung durch Staubfreiheit; b) leichtere Dosierbarkeitc) bessere Rieselfähigkeit pourability d) verbesserten Instanteigenschaften Convenience- & Getränkebereich:–􏰁 Instant-Kindernahrungsmittel– Getränkepulver (löslicher Kaffee, Tee, Kakaogetränke, Suppen) 
• Klassifikation gängiger Agglomerationsverfahren Agglomeration: Pressagglomeration/ Tablettieren / Brikettieren Sintern  Agglomeration durch Trocknen  Aufbauagglomeration (Pelletieren)a) Trockene Agglomeration b) Feuchtagglomeration     – Strahlagglomeration     – Roll- & Mischagglomeration     – Wirbelschichtagglomeration 
• Was versteht man unter Pelletieren? Pelletieren = Aufbau-agglomerieren:  Mech. Grundprozesse: Agglomerieren  Aufbau weniger fester Agglomerate durch Abroll- & Mischbewegung  Partikel befinden sich in Bewegung; bei hinreichender Annäherung tritt eine Anlagerung ein. Anziehende Kräfte > Trennende Kräfte zw. Partikel
• Was versteht man unter Brikettieren/ Tablettieren? Brikettieren/ Tablettieren = Pressagglomerieren  Verarbeitungsgut wird durch Werkzeuge (Pressen) so stark verdichtet, dass Agglomerate mit ausreichender Festigkeit entstehen. Bindemittel können materialabhängig eingesetzt werden Pressagglomeration in/durch: Geschlossener Form 􏰂– Stempelpressen– Tablettenpressen  Offener Form mit Verdichtung aufgrund der Wandreibung des gepressten Stranges– Strangpressen extrusion  Walzendruck rotary printing–􏰂 Pressen mit glatten Walzen od. Formwalzen 􏰂 – Walzenpresse mit Lochmatrize 
• Erläutern der Mechanismen der (Dampf)Strahlagglomeration. Mechanismen der (Dampf)Strahlagglomeration: Trockene Vor-agglomerate & Partikel dringen in die Agglomerationszone ein. Kondensierter Dampf & Kondensat-Tropfen befeuchten die Oberfläche der Partikel Dissolution löslicher Komponenten  Agglomeration von Partikel & Aufbau von Flüssigkeitsbrücken  Stabilisierung durch Entstehung von Feststoffbrücken
• Im welchen Bereich wird (Dampf)Strahlagglomeration eingesetzt? Vorteile? (Dampf)Strahlagglomeration: feuchten Agglomeration (Aufbauagglomeration - Pelletieren)  Einsatz bei zuckerbasierten Instantpulvern, löslichem Kaffee, Milchpulver & darauf basierenden Getränkepulvern Vorteile:  Geringe Kontaktzeitenm - 􏰃jeder Zusammenstoß der Partikel soll zur Haftung führen Lockere Agglomerate mit geringer Abriebfestigkeit abrasion resistance Geringe thermische Belastung des Produkts– Wenig unerwünschte Reaktionen– Geringer Verlust flüchtiger Inhaltsstoffe 
• Was versteht man unter Wirbelschichtagglomeration? Anwendungsbeispiele? 􏰀Wirbelschicht-agglomeration: Intensive Partikelbewegung 􏰀Einsprühen von Flüssigkeit, z. B. Zuckerlösung mit Kakaopartikeln 􏰀Trocknung der Feuchtagglomerate im Wirbelstrom 􏰀 Lockere bis feste Agglomerate  Anwendungbeispiele:  Milchpulver Molke, Caseinate, Lactose Fruchtsaftpulver Babynahrung Milchmixgetränkepulver Fette Vitamine Coaten von Citronensäure 
• Was versteht man unter den Grundprozesse Erwärmen? Mechanismen? Thermische Grundprozesse: zum Wärmeübertragen : Erwärmen Auch „Vorheizen“, „Aufheizen“, „Erhitzen“ Temperaturerhöhung eines Mediums OHNE eine PhasenÄNDERUNG Mechanismen:– Konduktion– Konvektion durch Transport von Masseteilchen 􏰁 – Strahlung   
• Was versteht man unter den Grundprozesse Kondensieren? Ziel? Kondensieren: 􏰀Überführen eines Dampfes in den flüssigen Zustand 􏰀Umkehrung des Verdampfens Ziel: Phasenwechsel bei gleichzeitiger Wärmerückgewinnung 
• Was versteht man unter den Grundprozesse Destillieren/ Rektifizieren? Prozessziel? Anwendungsbeispiel? Destillieren/ Rektifizieren = Thermische Grundprozesse – Stoffübertragen  Partielles Verdampfen eines homogenen Flüssigkeitsgemischs ≠ Verdampfen ⇒ Nur EINE der vorhandenen Komponenten ist FLÜCHTIG Rektifizieren, mehrfaches Destillieren: ⇒ aus den aufsteigenden Dämpfen wird gewonnenes Kondensat teilweise wieder in die Kolonne zurückgeschickt Prozessziel: Abtrennung einer bestimmten Komponente mit festgelegter Reinheit bzw. Konzentration. Anwendungsbeispiel: Destillation in der Brennerei 
• Was versteht man unter den Grundprozesse Extrahieren? Ziel? Biespiel Extrahieren Thermische Grundprozesse – Stoffübertragen = Extrahieren  􏰀Trennen einer fest-flüssigen Phase od. zweier ineinander UNlöslichen flüssigen Phasen durch selektives Herauslösen einer od. mehrerer Komponenten mit Hilfe eines Extraktionsmittels (Lösungsmittel) 􏰀Ziel: Abtrennung bestimmter Komponenten  Beispiel: Ölgewinnung bei der Extraktion von Ölsaaten mit Extrakteur 
• Wie werden nichtspröder (non-brittle) Stoffe zerteilt? Zerteilung von nichtspröderen (non-brittle) Stoffen: Durch Überwindung der Bindungskräfte:– Zug, Druck (Normalspannungen) 􏰁 – Schub (Tangentialspannungen) 􏰀Zerschneiden: Teile entstehen ohne definierte Form auch in breiter Größenverteilung– Pulver, Flocken, Schnitzel 􏰀Schneiden: Teile entstehen mit definierter Form und geringer Größenverteilung– Würfel, Scheiben, Viertel 
• Ziel der Klärfiltration & Trennfiltration? a) Klär-filtration = Feststoff-ABtrennfiltration     – Ziel: ist die Reinheit der flüssigen Phase  b) Trenn-filtration = Flüssigkeits-ABtrennfiltration     – Ziel: ist die Gewinnung des Feststoffs mit geringer Restfeuchte 

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