Einsatzmöglichkeiten von Hochleistungs-Ultraschallprozessoren im Labor, in der Industrie und speziell in der Lebensmittelverfahrenstechnik

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    06-Jun-2016

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  • trieben werden, der flu ssig in Kryotanks bei 253 8C oder in spe-ziellen Drucktanks bei Dru cken bis 300 bar gasfo rmig gespeichertwird. Wasserstoff wird wie Methanol bisher vorwiegend aus Erdgasproduziert, kann jedoch prinzipiell auch aus Wasser mittels Elek-trolyse gewonnen werden.

    In der Brennstoffzelle wird der Wasserstoff katalytischzerlegt. Dazu ist die Polymermembran mit einer 10 lm du nnen Ka-talysatorschicht bedeckt. Die an der Anode entstehenden Wasser-stoffionen (Protonen) lagern sich an dem Platinkatalysator an undwerden dann u ber chemische Bindungen mit Sulfonsaure-Ionendurch die feuchte Protone Exchange Membrane geleitet. Gleichzei-tig werden die freigesetzten Elektronen u ber Graphitplatten ausder Brennstoffzelle heraus und zu dem elektrischen Verbrauchergeleitet. Auf der Kathodenseite treffen die Wasserstoffionen aufSauerstoff, mit dem sie wiederum durch Platin katalysiert zuWasser reagieren. Dabei werden auch die von dem elektrischenVerbraucher zuru ckkommenden Elektronen in die entstehendenWassermoleku le eingebunden.

    Neben dem so gebildeten Wasser wird thermischeEnergie frei, die zur Heizung genutzt werden kann, oder u bereinen Ku hlwasserkreislauf an die Umgebung abgegeben wird.Der in elektrische Energie umgewandelte Anteil dient zum An-trieb des Fahrzeugs durch einen Elektromotor.

    Somit ist die Brennstoffzelle zentrales Element in einerReihe von mehreren chemischen und physikalischen Umwand-lungsprozessen. In ihr la uft die energiereiche Reaktion von Was-serstoff mit Sauerstoff zu Wasser kontrolliert und mit einem hohenWirkungsgrad ab. Insbesondere dadurch werden Brennstoffzel-lensysteme in der Lage sein, Fahrzeugantriebe der Zukunft zu re-volutionieren.

    155.3

    Die Rolle der Verfahrenstechnikbei der Entwicklung von Life-Science-Prozessen

    K . K A I S E R

    Leverkusen.

    156

    Einsatzmo glichkeiten von Hoch-leistungs-Ultraschallprozessoren imLabor, in der Industrie und speziellin der Lebensmittelverfahrenstechnik

    D R . - I N G . H A R A L D H I E L S C H E R (Vortragender)

    Dr. Hielscher GmbH, Warthestrae 21, D-14513 Teltow;

    D R . - I N G . V . H E I N Z , D I P L . - I N G . M . Z E N K E R ,

    P R O F . D R . D I P L . - I N G . D I E T R I C H K N O R R

    Institut fu r Lebensmitteltechnologie und Prozesstechnik,Ko nigin-Luise-Strae 22, D-14195 Berlin.

    Hochintensiven, pra zisen Ultraschall, als umweltfreundlichesWerkzeug mit Zukunft, liefert die Dr. Hielscher GmbH im Bereichzwischen 20 kHz und 1,6 MHz. Die Gera te sind modular aufgebautund ermo glichen somit, je nach Einsatzfall, das Scale up bis hin zueinem Vielfachen an kW Ultraschall-Leistung. Weltweit neue, pa-tentierte und innovative Lo sungen stehen fu r den Einsatz im Labor,der Industrie, der Medizin und der Forschung bereit. Eine Weltneu-heit fu r die industrielle Umsetzung: 4000 Watt Ultraschall-Leistungpro Prozessor!

    Im Dauerbetrieb, auch an Luft, garantieren diese Ultra-schallprozessoren hochintensiven Ultraschall mit exakt geregeltenAmplituden bis zu 250 lm. Neue Technologien beim Aufbau derProzessoren sichern eine sehr hohe Zuverla ssigkeit und Standzeitder Gera te. Durch die Kopplung mit neuartigen patentierten Sono-troden stehen dem Kunden neue Werkzeuge und Materialien z. B.Glas- und Keramiksonotroden sowie Glasfasern zur Verfu gung.Wie alle Gera te ko nnen auch diese neuen Ultraschallprozessorenu ber einen PC-Anschluss exakt gesteuert werden. Damit ist eineProtokollierung und Reproduktion der Versuche im Sinne der Qua-lita tssicherung jederzeit mo glich.

    Im Bereich Lebensmittelverfahrenstechnik werden inZusammenarbeit mit der TU Berlin neue Verfahren in Kombina-tion mit Ultraschall entwickelt, z. B. die Inaktivierung von Enzy-men und der Aufschluss bzw. die Abto tung mikrobieller Zellen.Die dabei eingesetzten Stabsonotroden arbeiten exakt mit der ein-gestellten konstanten Amplitude unter hohen Temperaturen undDru cken. Sie werden dabei so optimiert, dass jeweils dem Prozessund dem Medium entsprechend Ultraschall-Leistungsdichten biszu 80 W/cm2 und Einzel-Leistungen bis 4 kW eingetragen werden.

    Ein weiteres vielversprechendes Einsatzgebiet er-schliet sich bei der indirekten Wa rmeu bertragung. Mit Hilfedes Ultraschalls kann eine kontinuierliche Oberfla chendenaturie-rung von eiweireichen viskosen Massen (z. B. Bru hwurstbra t) rea-lisiert werden. Die dafu r entwickelten hohlen Biegeschwinger bie-ten die Mo glichkeit bei extremen DT zwischen Heizmedium undProdukt zu arbeiten, ohne dass eine Belegung der Heizfla chenz. B. durch Anbrennen oder Biofouling befu rchtet werden muss.Auf weitere Effekte wird im Vortrag eingegangen.

    Die Ultraschalltechnik der Dr. Hielscher GmbH bietetbei diesen Prozessen die Gewa hr, durch die Entwicklung immerkompakterer leistungsstarker Einzelmodule, die im Technikum er-zielten Ergebnisse problemlos auch in die industrielle Fertigung zuu berfu hren. So kann der Effekt der Ressourceneinsparung (Ener-

    Abbildung.Energie aus Wasserstoff.

    1043L i f e S c i e n c e sChemie Ingenieur Technik (72) 9 I 2000

  • gie, Wasser u. a.) voll umgesetzt werden. Der Modulcharakter derGera te gestattet ein gu nstiges Preis/Leistungsverha ltnis und be-gu nstigt die Einfu hrung der Technologie insgesamt in den Markt.

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    Ro sten, Kandieren und Ku hlen vonKaffeebohnen in der Wirbelschicht

    P R O F . D R . - I N G . H A B I L . D R . - I N G . H . C . L O T H A R M R L ,

    D O Z . D R . - I N G . G E R H A R D K R G E R (Vortragender),D I P L . - I N G . S T E F A N H E I N R I C H

    Institut fu r Apparate- und Umwelttechnik der Otto-von-Guericke-Universita t Magdeburg, Universita tsplatz 2, D-39106 Magdeburg;

    I N G . L O T H A R R O E B E R T , D I P L . - I N G . M A T T H I A S R S L E R

    RSTFEIN KAFFEE GMBH, Magdeburg.

    Fu r die Herstellung bestimmter Bohnenkaffeesorten werden dieKaffeebohnen bei der Ro stung mit Zucker beschichtet. Dazuwird z. B. eine wa ssrige Zuckerlo sung wa hrend des Ro stvorgangesin den Ro stapparat gegeben. Das Wasser verdampft. Der Zuckeru berzieht als klebrige Schmelze die Kaffeebohnen und karameli-siert. Nach einer geeigneten Abku hlung liegen die Kaffeebohnenschwarz glanzend als kandierte Kaffeebohnen vor und werden ge-mischt mit normal gero steten Kaffeebohnen als Melange-Sortenverkauft.

    Diese Kandierung von Kaffeebohnen erfolgt weltweitin Trommelapparaten, deren Betrieb aus Umwelt- und Qualita ts-gru nden problembehaftet ist.

    Nach fast 2 Jahrzehnten sehr guter Erfahrungen mit 2Wirbelschicht-Kaffeero stanlagen in Magdeburg wurde in Zusam-menarbeit zwischen der Rostfein Kaffee GmbH, Magdeburg, undder Otto-von-Guericke-Universita t Magdeburg im Jahr 1999 kurz-fristig ein Konzept fu r eine grotechnische Anlage (10 000 t/aRo sten; 4000 t/a Kandieren) zur zweistufigen, chargenweisenRo stung, Kandierung und Ku hlung von Kaffeebohnen in der Wir-belschicht erarbeitet und vom Kaffeewerk noch 1999 realisiert, so

    dass kurz nach Beginn des Jahres 2000 der Dauerbetrieb ohnejegliche Probleme aufgenommen werden konnte.

    Erstmalig konnen in dieser Wirbelschicht-Anlage je-weils 150 200 kg Rohkaffeebohnen bei Temperaturen zwischen230 und 360 8C in einer Heidampf-Ro stgas-Kreislaufatmospha renicht nur gero stet, sondern auch kandiert sowie mit Frischluft ge-ku hlt werden. Damit sind die praktischen Voraussetzungen gege-ben, die ungu nstige Trommel-Ro st- und -Kandier-Technologieweltweit abzulo sen.

    Im Zusammenhang mit dieser nderung der Grund-technologie wird nicht nur eine verbesserte, gleichbleibend stabileQualita t der mit karamelisiertem Zucker kandierten und so aroma-versta rkten und -versiegelten Kaffeebohnen erreicht, sondern eswerden auch wesentliche energetische und umwelttechnischeVorteile erreicht: geringere Rost-, Kandier- und Ku hlzeiten (6 7 min statt

    35 40 min) ermoglichen ho here Durchsa tze, durch Wa rmekopplung wird der Heizgasverbrauch verringert, emissionsfreie Arbeit sowohl aus dem Rost- und Kandier-

    kreislauf als auch aus dem Ro stabbruch- und Ku hlzyklus, keine nachgeschaltete sondern prozessintegrierte Abgasbe-

    handlung, kompakter Anlagenaufbau, la ngere Anlagen-Fahrzeiten bis zur Reinigung (35 h statt 16 h), ku rzere Anlagen-Reinigungszeit mit abwasserfreier Reini-

    gung ohne Handarbeit, die anfallenden Spelzen fallen als kompaktiertes, leicht ver-

    wertbares Nebenprodukt (Futtermittel) an.Die Wirbelschichtanlage in Magdeburg ist in der Lage,

    den derzeitigen Bedarf ganz Deutschlands an kandierten Kaffee-bohnen zu produzieren.

    158

    Der Strahlschneider als Formulie-rungsverfahren im Life Sciences-Bereich

    D R . U . P R E (Vortragender), D R . J . D A L L U H N ,J . B R E F O R D , P R O F . D R . K . - D . V O R L O P

    Bundesforschungsanstalt fu r Landwirtschaft (FAL), Institut fu rTechnologie und Biosystemtechnik, Abteilung Technologie,Bundesallee 50, D-38116 Braunschweig.

    Fu r viele Anwendungen im Life Sciences-Bereich werden Formu-lierungsverfahren beno tigt, die es ermo glichen, monodispersespha rische Partikel (Perlen) im Gro enbereich von einigen hun-dert lm bis zu wenigen mm auch aus viskosen Ausgangsmateria-lien herzustellen. Da herko mmliche Methoden zur Perlenherstel-lung, z. B. Abtropf-, Vibrations- oder Atomizerverfahren dies nichtoder nur bedingt leisten konnen, wurde das Strahlschneider-Ver-fahren entwickelt, mit dem die geforderten Bedingungen erfu lltwerden ko nnen.

    Beim Strahlschneider-Verfahren wird das Fluid, ausdem die Partikel hergestellt werden sollen, als Vollstrahl aus einerDu se gedru ckt und anschlieend mittels eines rotierendenSchneidwerkzeuges mechanisch in definierte Segmente zerteilt.

    Abbildung.Temperaturverla ufe der chargenweisen Kandierung undKu hlung von Kaffeebohnen in der Wirbelschicht-Kaffeeboh-nen-Ro st-, -Kandier- und Ku hlanlage.

    1044 L i f e S c i e n c e sChemie Ingenieur Technik (72) 9 I 2000

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