Projekt des Monats November 2015

Effizienz gesteigert, Energie gespart: Wissenschaftler erforschen Potential eines alternativen Sprühtrocknungsverfahrens für die Herstellung von Milch- und Molkepulver

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Um Milchprodukte in ihre haltbarste Form zu überführen, ist die Sprühtrocknung das mit Abstand gängigste Verfahren: Von den 300.000 t Magermilchpulver, die in Deutschland jährlich hergestellt werden, werden 99,5 Prozent sprühgetrocknet. Auch bei Molkepulver, von dem hierzulande jährlich über 370.000 t produziert werden, ist die Sprühtrocknung das Standardverfahren.

Der Haken: Der Energieaufwand des gesamten Trocknungsprozesses ist immens. Um Energie einzusparen, ist es sinnvoll, den Trockenmassegehalt der Ausgangsprodukte vor dem Sprühtrocknen so weit wie möglich zu erhöhen. Dadurch nimmt jedoch auch die Viskosität der Flüssigkeit zu, wodurch die Zerstäubung erschwert wird. Dies ist insbesondere bei molkebasierten Flüssigkeiten der Fall.

Eine Alternative ist die "effervescent atomization", die eine Sprühtrocknung von hochviskosen Flüssigkeiten ermöglicht. Durch kleine Bohrungen im inneren Rohr der Düse wird der Flüssigkeit die für die Zerstäubung notwendige Druckluft zugemischt, sodass sich in der angeschlossenen Mischkammer eine Zweiphasenströmung ausbildet. So können auch Flüssigkeiten mit erhöhtem Trockenmasseanteil zerstäubt werden, was den Energieaufwand des gesamten Trocknungsprozesses deutlich reduziert oder bzw. bei gleichem Energieaufwand einen höheren Durchsatz ermöglicht. Dadurch wird die Trocknung wesentlich effizienter.

Doch ohne ein tiefergehendes Verständnis des Prozesses ist eine Anwendung der "effervescent atomization" in der Industrie nicht denkbar. Das Potential dieses alternativen Sprühtrocknungsverfahrens aufzuzeigen, ist das Ziel von Wissenschaftlern am Karlsruher Institut für Technologie im Rahmen eines IGF-Projektes des FEI. Dazu stimmen sie Prozessparameter und das Düsendesign mit den charakteristischen Eigenschaften der Flüssigkeiten ab – im Modell sind dies molkebasierte Lösungen. So ermitteln sie die Zusammenhänge zwischen Prozessbedingungen und Produkteigenschaften, die für den Einsatz in der Praxis unabdingbar sind.

Von der Einführung der "effervescent atomization" können alle Unternehmen der überwiegend mittelständisch strukturierten Milchindustrie profitieren, die Milchprodukte trocknen: Sie können ihre Milch- und Molkenpulver energieeffizienter produzieren und damit die Produktionskosten senken bzw. ihre Durchsätze erhöhen. Eine praktische Umsetzung der Ergebnisse mit überschaubaren Investitionskosten für die Zerstäuber erscheint zeitnah möglich. Es wird erwartet, dass die erzielten Ergebnisse auch in der chemischen und pharmazeutischen Industrie genutzt werden können.



Informationen zum Projekt AiF 18299 N Energie- und ressourcenschonende Sprühtrocknung von hochviskosen molkebasierten Flüssigkeiten mittels "effervescent atomization" (http://www.fei-bonn.de/gefoerderte-projekte/projektdatenbank/aif-18299-n.projekt)


... ein Projekt der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF)

Förderhinweis
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