Eindampfung

Definition

Definition Eindampfung ist ein thermisches Verfahren, bei dem eine Suspension oder eine Lösung durch Entzug von Wasser bzw. Lösungsmittel aufkonzentriert wird.

Einsatzgebiete in der Lebensmitteltechnik

Bei den folgenden Prozessen ist die Eindampfung einem Trocknungsprozess vorgeschaltet:

• Milchpulverherstellung

In diesen Prozessen finden sich die drei Grundprozesse Extraktion, Eindampfung und Trocknung:

• Zuckerherstellung
• Instant-Kaffepulverherstellung

In diesen Prozessen ist die Eindampfung der Extraktion nachgeschaltet:

• Bierherstellung
• Malzextrakt

Für die Herstellung von Fruchtsaftkonzentraten

• Apfelsaft
• Orangensaft etc.

Auch für die Entalkoholisierung werden "Eindampfanlagen" eingesetzt. Bei der Trennung von 2 Flüssigkeiten mit unterschiedlichen Siedepunkt (Bier und Alkohol) handelt es sich um den Prozess der Destillation, der sich von der Eindampfung unterscheidet.

Massenbilanz eines Verdampfers

Aufgabe <1> a) Berechnen Sie wie viel Wasser verdampft werden muss um 2 kg Zuckerlösung von 20 Mas.-% auf 50 Mas.-% aufzukonzentrieren. b) Wie viel Energie (Wärmemenge) wird benötigt, um diese Wassermenge zu verdampfen? c) Als Energieträger wird Dampf verwendet. Wie viel Dampf wird benötigt?

Aufgabe <2> In einem Verdampfer sollen 1300 kg/h Lösung mit einem Feststoffgehalt von 25 % auf einen Feststoffgehalt von 55 % aufkonzentriert werden. a) Erstellen Sie eine Skizze für eine Eindampfung, in der Sie die Massenströme für die Lösung, das Konzentrat und den entstehenden Dampf einzeichnen. b) Erstellen Sie für den Verdampfer ein Grundfließschema mit Zusatzinformationen (Massenströme). Berücksichtigen Sie auch den Heizdampf und das Heizdampfkondensat.

Aufbau und Funktionsweise von Verdampfern

Definition:

Ein Verdampfer wird in der Industrie genutzt, um Flüssigkeiten (z.B. Lösungen) mit einer niedrigen Konzentration durch Zufuhr von Wärme zu erhitzen und ein Teil der dort enthaltenen Flüssigkeit (Brüden) zu verdampfen, um Endprodukt mit höherer Konzentration zu erhalten (z.B. Orangensaft – Orangensaftkonzentrat).

Funktionsprinzip einer industriellen Verdampferanlage in der Lebensmittel/Chemiebranche

• die zu konzentrierende Lösung wird in-/durch z.B. Rohrbündel oder Plattenwärmetauscher den sogenannten Wärmeübertragungsbereich geleitet (innen)
• das Heizmedium (Heizdampf) wird ebenfalls in den Wärmeübertragungsbereich geleitet aber um die Lösung herum (indirekt)
• durch die Erhitzung verdampft ein Teil der enthaltenen Flüssigkeit
• der Lösungsmitteldampf (Brüden) wird separat abgeleitet und bei mehrstufigen Anlagen als Heizdampf für die nächste Stufe weiter verwendet
• das gewonnene Konzentrat wird ebenfalls abgeleitet (dis-/kontinuierlich) oder bei einer mehrstufigen Verdampfungsanlage im nächsten Verdampfer weiter aufkonzentriert

Grundfließbild mit Zusatzinformationen eines einstufigen Verdampfers

Funktionsprinzip einer mehrstufigen Verdampferanlage

• der erste Schritt, sind dieselben Vorgänge wie beim einstufigen Verdampfer
• anders als beim einstufigen wird nun der Brüdendampf als Heizdampf für den 2. Verdampfer genutzt und die zum Teil aufkonzentrierte Lösung wird ebenfalls eingeleitet
• im dritten Schritt wird ebenfalls wieder der Brüdendampf des vorherigen Verdampfers als Heizmedium genutzt und die Lösung aus Verdampfer 2, hier wird nun die endgültige Konzentration gewonnen (Endkonzentrat)

Warum wird im Laufe des Prozesses, der Druck immer weiter abgesenkt?

In einer mehrstufigen Anlage kann der Bürden, der beim Verdampfen entsteht, in der nächsten Stufe als Heizdampf verwendet werden. Weil Wärme nur von höherer Temperatur zu niedriger Temperatur strömt, muss der Heizdampf eine höhere Temperatur haben, als die Betriebstemperatur des Verdampfers (Je nach Bauform zwischen 3 und 20 °C). Es gibt verschiedene Möglichkeiten wie das technisch umgesetzt werden kann.

• Alle Verdampfer werden mit dem gleichen Druck und damit auch mit der gleichen Betriebstemperatur betrieben (Die Betriebstemperatur ist gleich der Siedetemperatur bei dem Betriebsdruck (siehe Wasserdampftafel)). Um den Brüden der vorherigen Stufe nutzen zu können, müsste die Temperatur des Brüdens durch einen thermischen Brüdenerhitzer oder einen mechanischen Brüdenverdicher erhöht werden.
• Absenken des Drucks und damit der Betriebstemperatur, so dass die Brüdentemperatur aus dem vorherigen Verdampfer höher ist, als die Betriebstemperatur des Verdampfers (Die Betriebstemperatur ist gleich der Siedetemperatur bei dem Betriebsdruck (siehe Wasserdampftafel)). Das heißt je niedriger der Druck ist, desto geringer ist die Siedetemperatur.

Animation über die Funktionsweise von verschiedenen Verdampferbauarten

Aufgabe <2> Berechnung des Dampfbedarfes einer mehrstufigen Eindampfung In einer mehrstufigen Eindampfung soll eine Lösung in der 1. Stufe von 20 % auf 30 %, in der 2. Stufe von 30 auf 40 % und in der 3. Stufe von 40 auf 50 % aufkonzentriert werden. a) Berechnen Sie wieviel Heizdampf benötigt wird. b) Berechnen Sie wieviel Heizdampf gegenüber einer einstufigen Eindampfung eingespart werden kann.

Firmenunterlagen

Fa. Gea Wiegand - Eindampfanlagen