Untersuchungen zur Zerstäubung von höherviskosen Modelllebensmitteln mittels innenmischender pneumatischer Ringströmungsdüsen

Die Sprühtrocknung ist ein weit verbreitetes Verfahren zur Überführung von Lebens-mittelflüssigkeiten in einen festen, pulverförmigen Zustand. Da Trocknungsprozesse zu den energieintensivsten Prozessen der Lebensmittelverarbeitung zählen, gibt es hier ein hohes Energieeinsparpotenzial. Eine Möglichkeit zur Reduktion des Gesamtenergiebedarfs des Sprühtrocknungsprozesses ist die Aufkonzentrierung der verwendeten Konzentrate zu höheren Trockenmassen mittels energiesparender, vorgeschalteter Prozesse. Allerdings steigt mit steigender Trockenmasse auch die Viskosität der zu zerstäubenden Flüssigkeit, was die Zerteilung in feine Tropfen grundsätzlich erschwert. Eine Möglichkeit für die Zerstäubung höherviskoser Flüssigkeiten bei relativ geringem Energieeintrag stellen innenmischende pneumatische Zerstäuber dar, bei denen sich im Düsenauslasskanal eine stabile Ringströmung einstellt. Diese Erkenntnis resultiert unter anderem aus Arbeiten mit einem optisch zugänglichen Effervescent Atomizer [1]. Auf dieser Grundlage wurde ein neues Zerstäuberdesign vorgeschlagen, welches bei geringem Gaseinsatz über einen großen Viskositätsbereich gezielt eine Ringströmung im Düsenauslasskanal erzeugen kann. ... mehrBei diesem sogenannten Air-Core-Liquid-Ring Zerstäuber (ACLR) wird das Zerstäubungsgas kurz vor dem Düsenauslasskanal mittels einer Kapillaren zentral in den Flüssigkeitsstrom eingebracht. Dadurch wird gezielt eine Gaskernbildung erzwungen.
In dieser Arbeit wurde der ACLR-Zerstäuber hinsichtlich der Zerstäubungseffizienz und –stetigkeit untersucht und mit dem zuvor genannten Effervescent Atomizer verglichen. Der ACLR-Zerstäuber erzielt dabei vergleichbare mittlere Tropfengrößen bei deutlich geringeren Fluktuationen des mittleren Sprühtropfendurchmessers, insbesondere bei gesteigerten Flüssigkeitsviskositäten. Diese geringe Fluktuation ist entscheidend für den Einsatz im Sprühtrocknungsbereich, da hier prozessbedingt eine enge Tropfengrößenverteilung erforderlich ist.