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SFB 540 auf der vitaminschonenden Welle

27.06.2007
Wer bei Wellen nur an Nordseebrandung oder Surferlebnisse denkt, liegt falsch. Auch bei der Produktion von Fruchtsäften, Milch oder Hustensaft spielen Oberflächenwellen eine wichtige Rolle. Im Rahmen des Sonderforschungsbereichs (SFB) 540 arbeiten Verfahrenstechniker, Physiker, Chemiker, Mathematiker und Maschinenbauer aus zwölf Instituten unter anderem an einem optimierten Produktionsablauf für Orangensaft oder Milch.

Im Mittelpunkt des wissenschaftlichen Interesses steht dabei das so genannte "Rieselfilm-Verfahren". Hierbei fließt die zu verarbeitende Flüssigkeit senkrecht über eine erhitzte Fläche. Durch die Wärmezufuhr werden in der Milch Keime abgetötet. Bei Orangensaft beispielsweise verdampft das Wasser, es entsteht Fruchtsaft-Konzentrat.

Das Rieselfilm-Verfahren ist jedoch nur ein Forschungsbaustein innerhalb des komplexen SFB-Themenspektrums. Aufgabe des interdisziplinären SFB-Teams ist es, für verschiedenste Produktionsabläufe genaue Modelle zu erstellen und diese zu analysieren. "Mit den gewonnenen grundlagenorientierten Erkenntnissen können Produktionsschritte nachvollzogen werden. Außerdem untersuchen unsere Mitarbeiter den Einfluss von Betriebsbedingungen - beim Rieselfilm-Verfahren etwa die Wärmezufuhr - um dann Ideen für optimierte Herstellungsverfahren zu entwickeln", erklärt der Sprecher des Sonderforschungsbereichs, Univ.-Prof. Dr.-Ing. Wolfgang Marquardt vom Lehrstuhl für Prozesstechnik.

Auch beim Rieselfilm-Verfahren brachte die fachübergreifende Kooperation den Durchbruch. Mathematiker entwickelten ein dreidimensionales Modell der Filmströmung, die Prozesstechniker analysierten neue Verfahrensmethoden. "Charakteristisch für das Rieselfilm-Verfahren ist, dass sich während des Falls entlang der erhitzten Fläche kleine Wellen und darunter Rückstromwirbel bilden", berichtet Dipl.-Ing. Georg Dietze vom Lehrstuhl für Wärme- und Stoffübertragung. Interessant daran: Durch die Rückstromwirbel erhitzt sich die Flüssigkeit schneller, da die Milch beziehungsweise der Orangensaft intensiver vermischt wird. Zwar ist dieses Wellenphänomen bereits seit längerem Forschungsthema. Im Rahmen des SFBs "Modellgestützte experimentelle Analyse kinetischer Phänomene in mehrphasigen Reaktionssystemen" konnten die physikalischen Entstehungsmechanismen nun erstmals erklärt werden. "Dieses Verständnis ermöglicht die gezielte Optimierung von Milch- oder Orangensaft-Produktionsabläufen durch Aufprägung wohl definierter Strömungsbedingungen", berichtet Dietze. "Dadurch entsteht eine kontrollierte Wellenbewegung, die verschiedene Vorteile bringt: Zum einen kann die Wandtemperatur reduziert werden, so dass der Herstellungsprozess vitaminschonender abläuft. Zum anderen können kleinere und damit platzsparendere Apparaturen verwendet werden."

Der wissenschaftliche Mitarbeiter forscht gemeinsam mit seinem Kollegen Dipl.-Ing. Viacheslav Lel und Dipl.-Ing. André Schagen schwerpunktmäßig an den "Wellenphänomenen im Rieselfilm". "Am Institut für Verfahrenstechnik", erzählt Schagen, "wird der Einfluss der Wellenphänomene auf chemische Reaktionen im Rieselfilm untersucht". Ein anderes Wellenphänomen, welches die Wissenschaftler beobachten, so Lel, ist die Entstehung von Längsstrukturen mit sehr dünner Filmdicke zwischen zwei Oberflächenwellen. An diesen dünnen Stellen "reißt" der Flüssigkeitsfilm ab und "trockene Flecken" entstehen. In diesen Bereichen steigt die Temperatur innerhalb kürzester Zeit auffällig an, so dass es zu Produkt- beziehungsweise Anlagenschäden kommen kann.

Ilse Trautwein

Weitere Informationen zum SFB 540 bei:

Univ.-Prof. Dr.-Ing. Wolfgang Marquardt
Lehrstuhl für Prozesstechnik
Tel: 0241/80-96712
E-Mail: secretary@ipt.rwth-aachen.de

Thomas von Salzen | idw
Weitere Informationen:
http://www.rwth-aachen.de

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