Entfeuchten der Prozessluft in der Lebensmittelindustrie

Der Grad der Trockenheit als Anforderung an die Prozessluft hängt in der Lebensmittelindustrie vom Verarbeitungsprozess und den zu trocknenden Gütern ab. Generell beeinflussen die Luft im Verarbeitungsprozess und auch die Lagerraum-Prozessluft das Mindesthaltbarkeitsdatum oder die Produktqualität bezüglich Aussehen und Geschmack. Trockene Luft hilft zu verhindern, dass sich am Produkt Kondensat bildet. Denn Kondensat fördert die Keimbildung und eine mögliche Geruchsbelästigung. Eine reduzierte Luftfeuchtigkeit im Trocknungsprozess unterstützt außerdem die Produktion hochwertiger und haltbarer Lebensmittel.

Deutlich wird das anhand konkreter Beispiele. So ist beim Herstellen und Lagern dehydrierter Instant-Suppen-Pulver eine konstante Temperatur und ein niedriger Feuchtegehalt der Prozessluft erforderlich, da es ansonsten zu Verklumpungen und Schimmelbildung kommen kann.

Speziell bei der Fleischverarbeitung ist die Hygiene besonders wichtig. Neben der ununterbrochenen Kühlkette hilft eine extrem trockene Umgebungsluft zu verhindern, dass sich bei Verpackung und Lagerung Keime oder Krankheitserreger am Fleischerzeugnis ansiedeln und vermehren. Das Auskristallisieren von Zucker wird durch eine niedrige konstante Luftfeuchtigkeit gewährleistet. Eine trockene Prozessluft ist daher bei der Herstellung von Süßwaren und für die Trocknungszeit des Produktes vor der Verpackung wichtig. Denn Schokolade, Bonbons oder auch gelatinehaltige Produkte dürfen weder an der Verpackungsoberfläche noch aneinander kleben.

Die technische Trocknung ist zum Beispiel für Trockenfrüchte oder Trockenpilze ein Weg, die Produkte möglichst lange haltbar zu machen.

Für diese Prozesse bedarf es einer aufbereiteten trockenen Prozessluft, damit die Hersteller eine optimale und sichere Qualität für den Verbraucher gewährleisten können.

Um trockene Prozessluft zu erzeugen, reichen meistens konventionelle Methoden wie das Kondensieren des Wasserdampfes an Kühlregistern beziehungsweise Wärmetauschern nicht mehr aus. Um den Restfeuchtegehalt der Luft auf ein Minimum zu reduzieren sind vielmehr sorptive Prozesse notwendig.

Wenn dabei relative Feuchten (r. F.) von weniger als 40 Prozent gefordert werden, dann wird es in verfahrenstechnisch und thermodynamischer Hinsicht spannend. In diesen Bereichen besteht derzeit keine große Auswahl an Anlagen, die in der Lage sind, sehr niedrige Restfeuchtegehalte bei der Trocknung der Prozessluft zu erreichen.

Eine gute Möglichkeit sind sogenannte Rotationstrockner. In diesen Anlagen wird der feuchte Luftstrom zur Trocknung durch ein Sorptionsrad geleitet, das sich dreht und mit Adsorptionsmittel beschichtet ist. Auf der Gegenseite wird das Rad regeneriert, um das kontinuierliche Aufbereiten der zu trocknenden Luft oder Prozessgase sicherzustellen.

Die Wassermoleküle in der angesaugten Luft werden gleichzeitig mittels Desorption kontinuierlich durch Wärme aus dem Adsorptionsmittel herausgetrieben und schließlich als Adsorbat in einem separaten Luftstrom aus der Anlage in die Außen-Atmosphäre geführt.

Durch Erweiterung der Anlagentechnik, beispielsweise mit Vor- und Nachkühlermodulen, können Taupunkte (Tp) bis -65 Grad Celsius und somit eine relative Prozessluftfeuchte von 0,05 Prozent erreicht werden. Meist werden diese niedrigen Taupunktanforderungen bei sensiblen Produkten, etwa der Trocknung oder dem Handling pulverförmiger Produkte in der Lebensmittelindustrie gefordert.

Die Luft ist ein Gasgemisch. Eines dieser Gase ist Wasserdampf. Die Menge an Wasserdampf, die in der Luft enthalten sein kann, ist allerdings begrenzt. Je wärmer die Luft ist, desto mehr Wasserdampf kann in ihr enthalten sein. Die relative Luftfeuchtigkeit gibt an, wie viel Prozent des maximalen Wasserdampfgehaltes die Prozessluft enthält. Da der maximale Wasserdampfgehalt mit steigender Temperatur ansteigt, fällt die relative Luftfeuchtigkeit mit steigender Temperatur und umgekehrt.

Die Taupunkttemperatur wird als die Temperatur definiert, bei der die Luft mit einem maximalen Wasserdampfgehalt in der Prozessluft − 100 Prozent relative Luftfeuchtigkeit – gesättigt ist. Sie ist die Temperatur, die bei konstantem Druck unterschritten werden muss, um Wasserdampf zu kondensieren. Die Taupunkttemperatur ist somit eine von der aktuellen Temperatur unabhängige Größe.

Aus Temperatur und relativer Luftfeuchte beziehungsweise der Taupunkttemperatur lässt sich der absolute Feuchtegehalt der Luft in Gramm Wasserdampf pro Kubikmeter berechnen.

Als technische Adsorptionsmittel dienen hochaktive hygroskopische, das heißt physikalisch wasserbindende technische Adsorptionsmittel, zum Beispiel Kieselgel (Silikagel, SiO2), Zeolithe sowie technische Molekularsiebe. Es gibt aber auch noch andere, weniger gängige Trocknungsmittel, die je nach Anwendung und Eigenschaften des zu trocknenden Gases eingesetzt werden. Darunter sind Calciumsulfat, Kaliumcarbonat und Aluminiumoxid zu nennen. Diese können allerdings relativ schwer wieder regeneriert werden.

Da Silikagel in Bezug auf die Entzugsleistung der Wassermoleküle aus der Prozessluft und auf die Regenerierbarkeit mit Wärme (Desorption) durchaus gute physikalische und chemisch reversible Eigenschaften besitzt, wird es in der Lebensmittelindustrie sehr häufig eingesetzt.

Eine anlagentechnische Lösung für extrem trockene Prozessluft ist das System Dry-Tec von ULT. Das modulare Systemkonzept ermöglicht Taupunkttemperaturen bis zu -65 Grad Celsius (Tp). Zur Produktmodulserie gehören: Das Sorptionsmodul Dry-Tec, welches für Adsorption und Desorption innerhalb des Systems eingesetzt wird, sowie das Vorkühlermodul Cool-Tec V und das Nachkühlermodul Cool-Tec N. Die Vor- und Nachkühlermodule können optional mit unterschiedlichen Filterelementen entsprechender Filterklassen (G, M oder F beziehungsweise auch H) ausgerüstet werden. Damit erreicht der komplette Trocknungsprozess die geforderte niedrige relative Feuchte und auch der Prozessluftstrom am Ein- oder Austritt der Modulanlage bleibt so nahezu partikelfrei.

Dank optimiertem Luftführungskonzept durch das Innere der Trocknungsmodule ist ein effizienter Betrieb mit geringen internen Druckverlusten möglich. Zum modularen Entfeuchtungskonzept gehören ebenso regelbare Ventilatoren für den Prozessluftstrom und den Regenerationsluftstrom. Optional steht eine integrierte Wärmerückgewinnung innerhalb des Desorptionskreislaufes des Regenerationsvolumenstroms zur Verfügung.

Das Trocknungskonzept der Anlage beruht auf dem Rotationssorptionsverfahren. Der sich langsam drehende, wabenförmige, strukturierte Sorptionsrotor wird mit einer hochaktivierten speziellen Silicagel-Materialmischung flächendeckend auf der Oberfläche des Sorptionsrades beschichtet. Weitere spezielle Adsorptions-Materialmischungen, etwa für extrem tiefe Taupunkttemperaturen, stehen zur Verfügung.

Mit dem Dry-Tec 3.1 Arid steht jetzt außerdem eine leicht bedienbare Lösung zur Sorptions-Lufttrocknung und Luftkonditionierung auf einer Aufstellfläche von 890 x 530 Millimetern zur Verfügung. Der kompakte Adsorptionstrockner eignet sich neben der Lebensmittelindustrie auch für Chemie, Pharma und Labor sowie für Verpackungsaufgaben.

Je nach Konfiguration erlaubt die kleine Lufttrocknungsanlage Taupunkttemperaturen bis -40 Grad Celsius (Tp). Das Sorptionsmodul steckt in einem luftdichten Gehäuse, das in IP54 ausgeführt ist. Die flexible, wartungsarme Anlage punktet durch einen einfachen Filterwechsel und umfangreiche Sicherheitsausstattungen, inklusive Rotor-Drehüberwachung, mehrstufigem Filter-Monitoring oder prozentualer Füllstandanzeige für Filterelemente. Bedient wird das System direkt am Gerät. Über das Anlagendisplay lassen Sollwerte vorgeben oder Klartext-Fehleranzeigen beziehungsweise der aktuelle Betriebszustand auslesen.

Durch die stufenlos regelbare elektrische Heizung sinken der Energiebedarf und damit die Betriebskosten. Der „Feuchtewert“ am Austritt der Sorptionsanlage wird über eine stufenlos regelbare Regenerationsheizung gesteuert, die ständig überwacht wird. Die Luft-Kreisläufe sind hierbei getrennt ausgeführt. Wie schon der Dry-Tec 3.1 kann auch die Kompakt-Variante modular mit den Vorkühler- beziehungsweise den Nachkühlermodulen Cool-Tec V und Cool-Tec N betrieben werden. ck