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Die Bucher Unipektin AG ist ein traditioneller und führender Hersteller von Einzelmaschinen und Gesamtanlagen für die Getränke- und Lebensmittelindustrie. Im Zuge eines Forschungsvorhabens soll ein neuartiges Desublimationssystem für kontinuierliche und diskontinuierliche Gefriertrocknungsprozesse entwickelt werden.
Bei der Gefriertrocknung von Lebensmitteln ist der Energieaufwand in etwa doppelt so hoch wie bei der Normaldruck-Konvektionstrocknung. Die Energieeffizienz dieses Prozesses liegt, bezogen auf die reine Sublimationsenthalpie von 0.8 kWh/kgH2O des abzuführenden Wassers, je nach Grösse des Systems bei etwa 10%. Den grössten Anteil des Energiebedarfs, je nach Betriebsdruck ca. 40-70%, weisen die Sublimation des gefrorenen Wassers im Trocknungsraum und die anschliessende Desublimation des Wasserdampfes im Desublimationssystem auf. In der Herstellung und Betrieb von Gefriertrocknungsanlagen verursacht das Desublimationssystem etwa 30% der gesamten Kosten. Das Desublimationssystem hat somit entscheidenden Einfluss auf energetische und ökonomische Kennwerte des gesamten Gefriertrocknungsprozesses.
Das Ziel dieses von der Innosuisse geförderten Projekts ist ein Desublimator-Prototyp, der sich durch seine Modularität, das standardisierte Design und die hohe Energieeffizienz vom heutigen Standard abhebt. Zu Beginn wird ein Referenzprozess einer bestehenden, quasi-kontinuierlich betriebenen Kleinanlage bei der Bucher Unipektin AG theoretisch und experimentell untersucht. Ein mathematisch-physikalisches Modell des Desublimationsprozesses, das zeitlich und örtlich diskretisiert den dynamischen Wärme- und Stofftransport abbildet, wird hierfür entwickelt und mit dem Referenzsystem validiert. Damit sollen die neu gedachten Regenerationskonzepte des Desublimator simuliert werden. Kritische Teilprozesse werden im Grosslabor der HSLU mit Funktionsmustern experimentell untersucht, wobei die Erkenntnisse in die Modelle zurückfliessen. Mit Hilfe der Simulationsergebnisse wird anschliessend ein Desublimator-Prototyp des aussichtsreicheren Konzeptes ausgelegt, gefertigt und bei der Bucher Unipektin AG experimentell untersucht. Nach weiteren Optimierungsschritten sollen Empfehlungen für das Upscaling und die Serienproduktion des neuen Desublimators für industrielle Grossanlagen abgeleitet werden.
