Worldwide China Indien

Wirbelschichttechnologie

Prozessvielfalt durch Wirbelschichtverfahren

| Autor / Redakteur: Melanie Guttzeit / Manja Wühr

Instantkaffee ist ein typisches Agglomerationsprodukt aus der Wirbelschicht.
Bildergalerie: 3 Bilder
Instantkaffee ist ein typisches Agglomerationsprodukt aus der Wirbelschicht. (Bild: Glatt Ingenieurtechnik)

Ein hoher Staubanteil sowie eine schlechte Rieselfähigkeit führen beim Abfüllen, der Dosierung und in der Anwendung von pulvrigen Substanzen häufig zu Problemen. Dies kann durch die Agglomeration mit der Wirbelschichttechnologie deutlich verbessert werden. Für eine Vielzahl von Anwendungen plant und baut Glatt Ingenieurtechnik solche Wirbelschicht-Anlagen.

Die Agglomeration von pulvrigen Substanzen bietet in jeder Branche Vorteile, die unverzichtbar sind. Ein besonders geeignetes Verfahren hierfür stellt die Wirbelschichttechnologie dar. Die Agglomeration im Wirbelbett wird beispielsweise zur Herstellung von Instantprodukten eingesetzt. Aufgrund der guten Durchmischung in der Wirbelschicht kollidieren die Partikel. Durch Eindüsen einer Flüssigkeit auf die pulverisierte Vorlage bilden sich zwischen den Einzelpartikeln des Rohstoffs Flüssigkeitsbrücken aus, die ein Zusammenhaften durch Kapillarkohäsionskräfte und Oberflächengrenzspannungen bewirken. Dabei werden die Oberflächen der Partikel angelöst bzw. über Polymere aneinander gebunden. Der gute Wärme- und Stofftransport in der Wirbelschicht sorgen für ein schnelles Verdunsten der eingebrachten Feuchte. Es entsteht ein gröberes Agglomerat mit veränderten Eigenschaften wie ausgeprägter Fließfähigkeit, herabgesetzter elektrostatischer Aufladung sowie poröser Struktur mit kapillaren Oberflächen. Letzteres ist für eine verbesserte Benetzbarkeit und somit bessere Löslichkeit zuständig. Diese Eigenschaften werden durch gezielte Manipulation der Prozessparameter bewirkt.

Entscheidende Bindung

Für die Bildung von Agglomeraten ist neben der Kollisionswahrscheinlichkeit, die vor allem durch die Gasgeschwindigkeit, die Partikelgröße und -dichte bestimmt wird, die eigentliche Bindung wichtig. Außer den natürlich aufkommenden Kräften (van der Waals’sche und elektrostatische Kräfte) sind Materialbrückenbindungen für die Agglomeratbildung von immenser Bedeutung. Diese werden neben der Löslichkeit der Partikel durch verschiedene Bindemechanismen erfüllt: chemische Bindung, Kristallisation und Erhärtung gelöster Stoffe, Trocknen von Flüssigkeitsbrücken sowie Kapillarflüssigkeit. Durch die Stabilität der Bindungen werden Bruch und Abrieb eines Granulates während des Prozesses sowie der Lagerung deutlich verringert. Das Produkt weist typische Eigenschaften wie gutes Fließverhalten, hervorragendes Benetzungs- und Löslichkeitsverhalten und Staubfreiheit auf.

Je nach gewünschter Agglomerateigenschaft kommen unterschiedliche Sprühflüssigkeiten zum Einsatz. Im einfachsten Fall wird Wasser als Sprühflüssigkeit eingesetzt, um den Gebrauch von Zusatzstoffen und weiteren Lebensmittelzutaten zu vermeiden. Reichen die Bindungskräfte nicht aus, wird ein Bindemittel benötigt. Dieses muss zudem lebensmittelrechtlichen Bestimmungen entsprechen. Die Bindemittel müssen überdies mit dem Pulver in Wechselwirkungen treten und stabile Bindungen aufbauen. Geeignete Bindemittel sind u.a. Polysaccharide, Gelatine sowie gegebenenfalls Teile aus der Pulvervorlage, die im Allgemeinen die Viskosität erhöhen und bei Raumtemperatur stabile Bindungen bilden. Für Instantprodukte sollte eine Sprühlösung mit hoher Viskosität verwendet werden, um eine möglichst große innere Struktur der Agglomerate und somit bessere Instanteigenschaften, d.h. ein besseres Dispergiervermögen zu erreichen. Eine höher konzentrierte Bindemittellösung bewirkt, dass die Bindungskräfte in den Flüssigkeitsbrücken stärker ausgebildet sind und sich somit größere Agglomerate aufbauen können.

Korn an Korn

Eine Wirbelschichtanlage setzt sich im Wesentlichen aus der Zuluftkammer, dem Prozessraum, der Sprüheinrichtung und dem Filtersystem zusammen. Die vorgelegten Partikel werden dabei im Prozessraum durch einen aufwärtsgerichteten Warmluftstrom in Schwebe gehalten, bis sie durch Aufsprühen einer Flüssigkeit die gewünschte Korngröße erreicht haben. Feine Partikel können durch druckweise abreinigende Innenfilter wieder in den Prozessraum zurückgebracht werden, um erneut agglomeriert zu werden. Der Volumenstrom wird dabei eher gering gehalten, um einen möglichen Abrieb der Partikel durch hohe Gasgeschwindigkeiten zu vermeiden. Sobald der Lockerungspunkt überschritten ist und sich eine gleichmäßige Fluidisierung aufgebaut hat, wird die Sprühlösung oder -suspension eingesprüht. Das Lösemittel verdampft dabei im Warmluftstrom. Durch die ständige Berührung, die Kollision und die Anlagerung von Flüssigkeitstropfen bilden sich lockere Agglomerate, die bei weiterem Zusammenstoß immer mehr verdichtet werden und solange Korn anlagern, bis sie eine bestimmte Partikelgröße erreicht haben. Anschließend kann das Produkt mit den geforderten Eigenschaften chargenweise entleert oder aber kontinuierlich ausgetragen werden.

Inhalt des Artikels:

Kommentare werden geladen....

Kommentar zu diesem Artikel abgeben

Der Kommentar wird durch einen Redakteur geprüft und in Kürze freigeschaltet.

  1. Avatar
    Avatar
    Bearbeitet von am
    Bearbeitet von am
    1. Avatar
      Avatar
      Bearbeitet von am
      Bearbeitet von am

Kommentare werden geladen....

Kommentar melden

Melden Sie diesen Kommentar, wenn dieser nicht den Richtlinien entspricht.

Kommentar Freigeben

Der untenstehende Text wird an den Kommentator gesendet, falls dieser eine Email-hinterlegt hat.

Freigabe entfernen

Der untenstehende Text wird an den Kommentator gesendet, falls dieser eine Email-hinterlegt hat.

copyright

Dieser Beitrag ist urheberrechtlich geschützt. Sie wollen ihn für Ihre Zwecke verwenden? Infos finden Sie unter www.mycontentfactory.de (ID: 37435500 / Thermische Verfahren)