Archiv für Landtechnik: Band 6, Heft 2 [Reprint 2022 ed.] 9783112654323

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DEUTSCHE DEMOKRATISCHE REPUBLIK DEUTSCHE AKADEMIE DER LANDWIRTSCHAFTSWISSENSCHAFTEN ZU BERLIN

ARCHIV FÜR

LANDTECHNIK S5 i—i •-J

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eM paßoT (ra/ron hjih nacbi/roji), htoöh 3aTpaTH Ha ee 3kcnjiyaTaiiHio 6hjih peHTaöejibHbiMH. OreneHb Hcn0Jib30BaHHH ManiHHbi 3a ron orpaHHHHBaeTCH Tanwe 3aTpaTaMH, B03HHKaK>mHMH B pe3yjlbTaTe HCn0JIb30BaHHH MaiDHH He B OnTHMajIbHbie epOKH. B 3tom c j i y ^ a e B03HHKai0T HonojiHHTeJibHbie yöbiTKM, cHHweHHe ypomaiiHOCTH h np. Booßme cjiejiyeT otmcthtb, i t o sth s = 23,7%

XETil = 0,22 kg/kg XETi2 = 0,26 kg/kg XETJS = 0,31 kg/kg XETil = 0,39 kg/kg

SETA = 28,1 % wurden unterVorgabe einer maximal zulässigen Luftgeschwindigkeit im Getreide die Getreidedurchsatzmenge und damit die Trocknungsdauer r T und die Trocknungslufttemperatur tLET gemäß des Versuchsprogramms (Tab. 1) variiert.

141

Archiv für Landtechnik, Band 6, 1967, Heft 2

Tabelle 1 Versuchsprogramm Gegebene Größen für die Versuchsreihe: Trocknungstemperatur t-, Gutseintrittsfeuchte/; Trocknungsdauer ry t

/

Ty

°c

%

min

80

18 21 24 28 18 21 24 28 18 21 24 28 18 21 24 28

20

70

60

50

— —

20 — — — — — —

min

min

min

30 30 30

45

60 60 60 60 60 60 50 60 60 60 60 60 60 60 60 60

—

30 30 —

30 30 30 —

—

42 45 45 42 42 — —

42 m

—

—

—

—

30

—

—

—

—

—

—

—

-

-

-

min 80 —

80 —

80 80 80 90 80 90 90 90 90 90 90

min 120 —

120 120 — —

120 120 —

120 120 120 —

120 120 120

Jeder Versuchspunkt wurde unter konstanten Versuchsbedingungen ermittelt, d. h. der quasistationäre Zustand konnte erst nach mehreren Stunden erreicht werden, nämlich dann, wenn das erste Korn vom Trocknereintritt bis zum Trockneraustritt gewandert war. Sämtliche Ergebnisse wurden bei der Trocknung von naturfeuchtem Weizen gewonnen. 3.

Versuchsauswertung

3.1.

Auswertungsverfahren

Die Auswertung der Versuchsergebnisse erfolgte in der Weise, daß Zeitdiagramme der Meßwerte aufgestellt wurden (Abb. 5). In Abhängigkeit der Versuchsdauer wurden jeweils ermittelt 1. Die mittlere stündlich durchgesetzte Getreidemenge, gemessen am Kühleraustritt ^OAE [kg/h] 2. Die mittlere Luftmenge am Trocknereintritt [kg/h] 3. Die Zu- und Ablufttemperatur des Trockners tLET, tLAT [°C] 4. Die Eintrittsfeuchtigkeit des Gutes in den Trockner XET [kg/kg] 5. Die Austrittsfeuchtigkeit des Gutes aus dem Trockner und aus dem Kühler [kg/kg] 6. Die Feuchtigkeit des Gutes am Eintritt in den Trockner und am Austritt aus dem Kühler, zeitlich bezogen auf den Zustand am Trockneraustritt [kg/kg]

142

KEINER U. KIINGER, Dächerschachttrockner für Getreide

8 90 r. 60

% Q2G - a

*ET

t?«S OlQffii

-tlFT

fr

70 f OU „•H60 =30,12 0.10

|so

TT)

1 8.40 80 008GK

~ILAT

-JgLET 3BÄK

C Kq/h £ 30 bü m

-3 20 40 006070 10 20 002 0

0

fllcm

8.00

V.20 640

320

1000

1040

WO 1120

1200

1240 Uhrzeit

Abb. 5: Beispiel der Versuchsauswertung

Die Durchlaufzeiten des Getreides durch den Trockner und den Kühler wurden experimentell ermittelt, indem eine Messung der Füllmenge zwischen den Meßstellen GET-GAT-GAK erfolgte, so daß

und

m OT rv, TT = j;—- [h] ™QAK m

OK [h] ™QAK

ist.

(Dabei sollte beachtet werden, daß die wahre Durchlaufzeit einzelner Körner infolge Wandreibung wesentlich länger sein kann. Der Fehler dürfte allerdings, bezogen auf das Gesamtergebnis, vernachlässigbar klein sein.) Damit konnte im Zeitdiagramm eine Translation vorgenommen werden, so daß der Trocknungsverlauf der einzelnen Getreideschichten ermittelt werden kann. 7. Der entzogene Feuchtigkeitsgehalt AXT ^Xji

[kg/kg]

— Xjgqi — ^ AT

8. Die Luftein- und -austrittsfeuchte am Trockner xLET, xLAT [g/kg] Für den Zeitabschnitt konstanten Feuchteentzuges AXT = konst. wurden dem Zeitdiagramm korrespondierende Daten entnommen und die charakteristischen Größen, wie die mittlere Trocknungsgeschwindigkeit und der spezifische Wärmeverbrauch, als Mittelwerte berechnet. Diese Werte sind mit Fehlern behaftet, die sich einmal ergeben können durch Geräte- und Ablesefehler und andererseits durch Schwankungsfehler, die auf Grund eines ungleichmäßigen Durchsatzes

143

Archiv für Landtechnik, Band 6, 1967, Heft 2

entstehen. Zur Auswertung wurden nur diejenigen Versuche herangezogen, bei denen keine wesentlichen Abweichungen vom quasistationären Betriebsverhalten aufgetreten waren (Tab. 2). Tabelle 2 Kennzeichnende Parameter der ausgewerteten Versuche VersuchsNr. 4 9 10 11 12 13 14 19 20 21 22 23 24 45

3.2.

JET

¿LET

T j»

/o

°c

h

20,7 20,7 18,9 10,7 20,7 20,7 20,7 28.2 23,3 28,4 23,0 28 27,8 23,3

80 70 80 60 60 60 60 80 80 70 70 70 70 70

1,4 1,4 2,0 0,5 0,7 1,0 1,35 1,4 2,0 0,5 0,7 1,0 1,4 2,0

Fehlerrechnung

Bei den Betrachtungen sollen nicht die maximalen Abweichungen ermittelt werden, die sich aus einer Summation der Einzelfehler ergeben, sondern es werden die Fehler bestimmt, die sich nach der statistischen Wahrscheinlichkeit teilweise ausgleichen und nach dem Fehlerfortpflanzungsgesetz ermitteln lassen. Es gilt

Dabei istAy der in einem bestimmten Fehlermaß angegebene Fehler der Funktion y = f(yly y2,. . .). 3.2.1.

Geräte- und Ablesefehler

Temperaturmessung Gemäß den Prospektangaben von MAW Magdeburg für die Bandschreiber ist die Temperaturmessung mit einem Fehler Atjt = 0,5% belastet. Ablesefehler traten nicht auf. Gutsfeuchtigkeit Die Bestimmung der Feuchtigkeit mit Hilfe der Wägemethode ist so genau, daß der Fehler für die weiteren Betrachtungen uninteressant ist. 10

Archiv für Landtechnik, Bd. 6, H. 2

144

Keiner u. Klinger, Dächerschachttrockner für

Getreide

Gutmenge A k ^ x = 0,1% Der Gerätefehler beträgt

AmGÄlmGÄ

= 0,5% .

Als Ablesefehler wird angenommen AmGÄ = 0,1 kg Luftmenge Der Gerätefehler der Normblende läßt sich mit Hilfe von TGL 0-1952 errechnen. Bei einem Öffnungsverhältnis von m = 0,05 betragen die Abweichungen für Expansionszahl Rohrrauhigkeit Kantenunschärfe Kontraktionszahl Wirkdruck Dichte

Aa.ja.

Ae/s

= = =

0,5% 0 0 0

AApjAp Aq!Q

= 1 % = 0,5%

Damit wird ^ = ± ^0,52 + mL

+ 0,5^

^ _ + 1 2 o/ mL ~ — ' 3.2.2.

o/

(2) (3)

Schwankungsfehler

Die Schwankungen waren bei den Versuchen sehr unterschiedlich. Ihre Einflüsse auf die jeweiligen Kennzahlen sind je nach den fehlerbehafteten Meßgrößen, die zur Berechnung erforderlich sind, verschieden und können daher allgemein nicht angegeben werden. 4. 4.1.

, Diskussion der Ergebnisse Allgemeines

Um die für einen optimalen Betrieb der Dächertrockner zu wählenden Parameter festlegen zu können, wurden Temperatur- und Gutsfeuchteverläufe im Trockner gemessen. Die Kenntnis des Temperaturverlaufes im Trockner gestattet, qualitative Aussagen über den Trocknungsprozeß zu treffen. Es kann abgeschätzt werden, ob die Zuluft gleichmäßig über die Trocknerhöhe und -breite die Dächer durchströmt. Die Länge der Aufheizzeit konnte gefunden werden. Die Anordnung vieler Meßstellen entlang eines Stromfadens zwischenZu- und Abluftdach zeigte, wie stark die Luft durch den Stoff abgekühlt wird. Es war ferner ein Temperaturunterschied zwischen dem den Zuluftdächern und den Abluftdächern benachbarten Getreide zu erkennen.

145

Archiv für Landtechnik, Band .6, 1967, •Heft 2

Die Darstellung der Gutsfeuchten über der, Trocknerhöhe entspricht Trocknungsverlaufskurven, da jeder Trocknerhöhe ein fester Bruchteil der Gesamttrocknungszeit r T zugeordnet werden kann. Lassen sich an Hand dieser Kurven schon qualitativ Schlüsse über die zu wählende Durchsatzzeit (bei festgelegtem Trocknerquerschnitt- einem bestimmten Gutsmengenstrom entsprechend) bei vorgegebener Lufteintrittstemperatur treffen, so ist es möglich, mit den daraus berechneten örtlichen und mittleren Trocknungsgeschwindigkeiten die Leistungsfähigkeit des Trockners zu charakterisieren. Führt man ferner den Begriff des spezifischen Wärmeverbrauches ein, so hat man damit, eine Größe für den wärmewirtschaftlichen Gütegrad in der Hand. In der Folge werden für den Dächertrockner Kennlinienfelder entwickelt, mit deren Hilfe bei vorgegebenen Eintrittsparametern sofort die optimale Betriebsweise des Trockners ausgewählt werden kann. 4.2.

Der Wärme- und Stoffäustausch im Dächertrockner

4.2.1.

Das Temperaturfeld im Trockner

Die Temperaturmeßstellen waren fest im Trockner eingebaut. Das Getreide rieselte an ihnen vorbei, und somit werden die Thermoelemente eine Mischtemperatur zwischen Luft- und Kornoberflächentemperatur anzeigen. Da die Wärmeübertragung durch .{Kontakte vom Korn zum Meßfühler nur punktweise erfolgen kann, wird die Wärmezufuhr durch Konvektion überwiegen, die angezeigte Temperatur demzufolge mehr der Lufttemperatur entsprechen. Es soll nun anhand der Literaturangaben eine Abschätzung getroffen werden, inwieweit sich die Korntemperatur und die Lufttemperatur im Trockner unterscheiden. M a l t b y [ 3 ] hat die Eindringtiefe, nach der die Temperaturdifferenz zwischen Gut und Luft auf den Wert 1/e des Anfangswertes abgesunken ist, nach Angaben für die N u s s E L T z a h l von D e n t o n und Definition der mittleren Korndurchmesser nach E c k e r t mit einem Exponentialansatz berechnet. Er findet für den Fall der Belüftungstrocknung Werte von 2---4mm (für eine Luftgeschwindigkeit wL = 0,05 • • • 0,2 m/s). Auf Grund der hohleren Lüfteintrittstemperatur beim Dächertrockner wird man noch kleinere Werte erhalten, da die Wärmeübergangszahlen größer sind. Rechnet man ungünstigerweise mit einer Halbwertseindringtiefe von se = 5 mm, dann wird der; Temperaturausgleich zwischen Luft und Gut am ersten Dach des Trockners (keine Vorwärmung des Getreides vorausgesetzt) wie folgt vor sich gehen: = 80

tLE

°G\

tGE

= 20 °C

s

0

5

10'

20

30 m m

At

60

22

8,1

1.1

0,145 grd

Da der Strömungsweg der Luft im vorliegenden Versuchstrockner von einem Zuluftdach bis zum Abluftdach rd. 160 mm lang ist, werden sich schon beim 10»

Keines u. Klingbr, Dächerschachttrockner

146

fttr Getreide

Vorbeifließen am ersten Dach die Temperaturen des Getreides und der Luft angleichen. An jedem Ort des Trockners gilt ¿ i(;=kon3t> = f(rT) = konst, wenn der Trockner im quasistationären Zustand arbeitet (nach Abschluß der Anfahrperiode und tLE, XET = konst). Da das Getreide mit einer Geschwindigkeit von nur rd. 2---Z cm/min fließt, ist ausreichend Zeit zum Temperaturausgleich vorhanden. Die Getreidetemperatur kann sich durchaus mit dem in den Versuchen gemessenen Gradienten dtg/dl (vgl. Abb. 6—8) ändern. Da kein Thermoelement dicht an den Stellen des Lufteintrittes angeordnet war, werden alle gemessenen Werte gemeinsame Luft- und Guttemperaturen darstellen.

(00

ßOOmm

600

Trocknerlänge I

6a

Tmeknerlänge I

200

(00.

€00

800

1000mm

6b Abb. 6 a u. b: Temperaturverlauf längs des Trocknerschachtes in Abhängigkeit von der Durchlaufzeit ry für *

\

\

\\\ \\ \

\ \

ol

o

e

M i i 1 i i i i i—i— a

Guisfeuchte f

K Gutsfeuchte f

20%

Abb. 22 c

Abb. 22 b

Abb. 22a, b, c: Trocknungsgeschwindigkeit gD in Abhängigkeit von der Feuchtigkeit/ a)

für t

L E T

Vers. Vers. Vers. Vers.

b) für t Vers. Vers. Vers. Vers. Vers.

21 23 24 5'

=

70

° C u n d SET

= = = =

0,5 1,0 1,4 1,0

=

2 8 % ;

h; h; h; h ; SET . = 30,4% (nach [2]) c) i v i SET = 20,7% und Tt = 1,4 h 20,7% = 60 °C u n d / e r Vers. 4 t = 80 °C; 11 xT = 0,5 h; Vers. 9 t = 70 °C; 12 r r = 0 , 7 h ; Vers. 14 t = 60 °C; 13 r r = l , 0 h ; Vers. 3' t = 80 °C; 4' Tt = 1,0h; SET = 18,8%; Vers. 15b' t = 60 °C; x = 1,0h; 3'rT=l,0h; SET = 21,9% (nach [2]) SET = 21,9% (nach [2]) rT xT xT xT

L E T

11

Archiv für Landtechnik, B . 6, H. 2

L E T

L E T

h E T

L E T

L E T

T

160

KEINES U. KLINGRR, Dächerschachttrockner für Getreide

Wir legten für die Untersuchungen gleichfalls einen Luftvolumenstrom zugrunde, der durch den Wirbelpunkt des Getreides vorgegeben ist. Damit ergab sich ein Luftbedarf im Mittel von F* = 5750 m 3 /hm 3 . Auf Grund dessen ist es möglich, einmal die Ergebnisse der Laboruntersuchungen mit den Resultaten zu vergleichen, die mit dem Dächertrockner gewonnen wurden, und zum anderen diese sogleich auf bereits ausgeführte Anlagen zu übertragen. In den Abb. 22a—c wurde die Trocknungsgeschwindigkeit gD als Funktion der Getreidefeuchtigkeit/ dargestellt. Die Werte gD beruhen auf den Messungen gemäß der Abb. 11 — 13. Die Berechnung von gD geschah nach Gleichung (7), wobei die entzogene Feuchtigkeit AXT und die Trocknungszeit xT für den Meßbereich vom Guteintritt in das Trocknerelement bis zum Meßpunkt gerechnet wurde. Die Änderung der Trocknungsgeschwindigkeit bei veränderlicher Durchsatzzeit durch das Trocknerelement (Abb. 22 a, b) zeigt eindeutig, daß zur Erreichung derselben Endfeuchte stets die Betriebsweise mit minimaler Durchlaufzeit zu maximaler Trocknungsgeschwindigkeit führt. Unabhängig von der gesamten Durchlaufzeit wurden im gleichen Zeitraum dieselben Endfeuchten bei konstanter Eintrittsfeuchte erreicht. Die Ursache ist bei Voraussetzung gleicher Trocknerkonstruktion im häufigeren Wenden des Getreidekorns und den damit auftretenden unterschiedlichen Trocknungsbedingungen bei kurzen Durchlaufzeiten gegeben. Wird bei konstanter Eintrittsfeuchte und Durchlaufzeit die Zulufttemperatur verändert (Abb. 22c), kommt klar zum Ausdruck, daß die Trocknungsgeschwindigkeit mit zunehmender Zulufttemperatur ebenfalls ansteigt. Die Linie Trp = 1 h zeigt anschaulich die Trocknungsergebnisse. Ferner ist im Ablauf des Trocknungsprozesses eine Maximalwertbildung erkennbar (Versuch 4, 9, 14). Zum Vergleich werden die Ergebnisse von Laboruntersuchungen [2] in den Abb. 22 a—c (Strichpunktlinien) dargestellt. Beim Versuch 5' (Abb. 22a) entspricht die Trocknungszeit der vom Versuch 23. Obwohl zwar die Endfeuchten nahezu gleich sind, muß die unterschiedliche Anfangsfeuchte beachtet werden, so daß mit den Laboruntersuchungen ein größerer Trocknungseffekt erreicht wurde. Interessant ist das Fehlen eines Maximums für die Versuche 21, 23 und 24. Allerdings ist die Ausbildung eines solchen Grenzwertes für geringere Austrittsfeuchten (Abb. 22 c) möglich. Die Ergebnisse der Versuche 3' und 4' (Abb. 22 b) erlaubten die gleichen Schlußfolgerungen. In beiden Darstellungen wird offensichtlich, daß die maximalen Werte der Laboruntersuchungen nur geringfügig größer sind als die, die mit der halbtechnischen Anlage gewonnen wurden, wenn die Zulufttemperatur tLBT < 70 °C betrug. Bei den Ergebnissen der Versuche 3' und 15 b' [2] führt der Versuch mit tLET = 80 °C zu wesentlich größeren Werten, als mit dem Versuchstrockner

Archiv fttr Landtechnik, Band 6, 1967, Heft 2

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gewonnen werden konnten (Abb. 22 c). Allerdings muß beachtet werden, daß die Ergebnisse der Versuche 4, 9, 14 bei einer Durchlaufzeit r T = 1,4 h ermittelt wurden. Wie aus den Abb. 2 2 a und b ersichtlich ist, nimmt die Trocknungsgeschwindigkeit bei kurzer Durchlaufzeit sehr stark zu, so daß effektiv gleichgroße Werte für gD möglich sind. Man kann also feststellen, daß mit den Laboruntersuchungen nahezu die gleichen Werte für die Trocknungsgeschwindigkeit ermittelt wurden. Die Ergebnisse im Labor wurden jedoch bei der Trocknung von angefeuchtetem Getreide gewonnen, so daß ein exakter Vergleich nicht völlig gerechtfertigt erscheint. 6.

Zusammenfassung

I m Institut für Thermodynamik und Energiewirtschaft der T U Dresden wurde eine halbtechnische Dächertrockner-Versuchsanlage für Getreide errichtet. Die meßtechnische Einrichtung war so ausgeführt, daß der Temperatur- und Feuchteverlauf längs des Trockners sowie die Trocknungsgeschwindigkeit und der spezifische Wärmeverbrauch in Abhängigkeit der Guteintrittsfeuchte, des Zuluftzustandes und der Durchsatzzeit ermittelt werden konnten. Die Ergebnisse gestatten, Aussagen über die optimalen Betriebsweisen für die Getreidetrocknung auf Dächertrocknern sowie über optimale Baugrößen zu geben. Ferner wurden vergleichende Betrachtungen zu idealisierten Laboruntersuchungen durchgeführt, die in bestimmten Bereichen zu einer begrenzten Übereinstimmung führen. Pe3i0Me B HHCTHTyTe TepMOHHHaMHKH h 3HepreTHKH Jlpe3neHCKoro TecxHHiecKoro yHHBepcHTeTa 6tuia ycTaHOBjieHa h HCCJiejiOBaHa nojiyTexmmecKaH orihiTHaji 3epH0Ban maxTHan cyumjiKa. H3MepHTejibHafl ycTaHOBKa flonycKajia onpenejieHHe H3MeHeHHH TeMnepaTypw h BJiaHiHoera b cyuiHJiKe b np0H0JibH0M HanpaBJiemra, 3$eKTHBHocTH cyuiKH h yneju>Horo pacxoaa Tenjia b 3aBHcnMocTn ot hcxohhoü Bjia»HOcra MaTepnajia, coctohhhh npHTOHHoro B03«yxa h BpeMemi BHnep>KKH. Pe3yjibTaTH HccjieaoBaHHft n03B0Jini0T onpeuejnrrb oriTHMaJiBHbie peatHMH cyuiKH 3epHa b maxTHLix cyniHJiKax h hx oriTHMajibHHe KOHerpyKTHBHbie napaMeTpu. Pe3yjibTaTbi0nHT0BcpaBHHBajiHCb KpoMe Toro c pe3yjibTaTaMH HneajiH3HpoB aHHbix jiaßopaTopHbix onHTOB. B onpeaejieHHbix anana30Hax Haöjnonajiocb orpaHHneHHoe coBnaneHHe pe3yjibTaTOB. Summary A semi-mechanical roof drier test system for grains was installed in the Technological University of Dresden, Institute of Thermodynamics and Energy. The measurement equipment was designed to determine the temperature and moisture curves along the drier as well as the drying rate and specific heat consumption in dependence on initial moisture, air supply conditions, and time of throughput. The results thus achieved would permit conclusions as to both optimum operations in grain drying by roof driers and optimum dimensions. I n addition, ideal laboratory investigations were compared, with some limited agreement being achieved within certain ranges. U»

162

KEINER U. KLINUER, Dächerschachttrockner für Getreide

Literatur E. U. J . K L I N G E R : Die optimale Berechnung von Dächertrocknern unter Berücksichtigung des Wärme- und Stoffaustausches verschiedenartiger Körnerfrüchte. F.- u. E.-Bericht. Dresden, TU, Plan-Nr.: 350703-4-08/2. Abschlußber. 1964. [ 2 ] M A L T R Y , W . : Einige Untersuchungen zur Aufklärung des Verhaltens von Getreide im Dächerschachttrockner. Arch. Landtechn. 5 (1966), Nr. 3, S. 223 — 264. [ 3 ] M A L T R Y , W.: Ermittlung einiger trocknungs-physikalischer Eigenschaften von Weizen und deren thermodynamische Auswertung in einem i, X-Trocknungsdiagramm. Diss. TU Dresden 1961. [4] . . . : Untersuchungen über den Luftdurchsatz und Trockengutdurchlauf durch verschiedene Trocknerelemente beim Dächertrockner. Untersuchungsbericht des V E B Petkus Wutha/Thür, (unveröffentlicht) 1961.

[1] KEINER,

Arch. f. Landtechnik • Bd. 6 • 1967 • H. 2 • S. 1 6 3 - 2 0 0 • Berlin

Aus dem Institut für Thermodynamik und Energiewirtschaft der Technischen Universität Dresden ERNST BUSCHBECK, ERICH K E I N E R u n d JOCHEN KLINGER

Trocknungsphysikalische und wärmetechnische Untersuchungen zur Trocknung von Pfefferminze Eingegangen: 16. September 1966

0.1.

Besonderheiten der Trocknung von Krautdrogen

Im Arznei- und Gewürzpflanzenanbau ist die Trocknung ein entscheidendes Konservierungsverfahren. Die Bedeutung der Drogen für den pharmazeutischen Sektor unserer Volkswirtschaft ergibt sich aus der Tatsache, daß in rd. 30% der produzierten Arzneimittel pflanzliche Rohstoffe enthalten sind. Hinzu kommen die großen Mengen an einheimischen Gewürz- und Teedrogen, die im Lebensmittelsektor verbraucht werden. Der größte Teil dieser Drogen wird im Inland durch Anbau und teilweise durch Sammlung gewonnen. Der Anbau erfolgte in der Vergangenheit vorwiegend kleinflächig, wobei die Drogen zum großen Teil luftgetrocknet wurden. Durch die sozialistische Umgestaltung der Landwirtschaft entwickelt sich eine Konzentration des Anbaues in wenigen Produktionsgenossenschaften. Damit werden neue moderne Anbau-, Konservierungs- und Aufbereitungsverfahren angewendet. Von besonderem Interesse ist dabei die Trocknung von temperaturempfindlichen Krautdrogen mit ätherischen Ölen, insbesondere von Pfefferminze, die im folgenden untersucht werden soll. Aus dem Trocknungsverhalten der Pfefferminze können dann auch Rückschlüsse auf artverwandte Drogen gezogen werden. Zur künstlichen Trocknung von Krautdrogen kann man sich im Prinzip folgender Trocknungsverfahren bedienen: 1. Belüftungstrocknung nach diskontinuierlichen Verfahren mit erwärmter Luft (tLmax M 35 °C); 2. Warmlufttrocknung mittels kontinuierlicher technischer Trocknungssysteme. Von diesen Verfahren wurden bisher bei uns fast ausschließlich die der Gruppe 1 angewendet. Die Ursache ist in den bisherigen Forderungen der Drogenverarbeitungsindustrie und des Deutschen Arzneibuches zur Gewinnung von Blattware und entsprechenden Schnittgrößen zu sehen, wonach unzerkleinerte, im ganzen getrocknete Krautware verarbeitet werden muß. Für die Errichtung von Belüftungsanlagen für Spezialgenossenschaften wurden u. a. Trocknerleistungen von rd. m P Q = 8 t/d vorgesehen, was einer Krautdrogenfläche von etwa 40 ha entspricht [2], Dabei muß z. B. Pfefferminzkraut mit einer Feuchte von Xe = 4—5,4 kg/kg oder fe = 80—85% auf Xa = 0,16 kg pro kg oder fa = 14% getrocknet werden.

164

BUSCHBECK, KEINER U. KLINGEB, T r o c k n u n g v o n P f e f f e r m i n z e

Die Voraussetzungen für die Entwicklung von Trocknungsanlagen sind trocknungsphysikalische Untersuchungen, wie die Messung von Sorptionsisothermen, die Ermittlung von Trocknungsverlaufskurven und Qualitätsuntersuchungen zur Bestimmung der maximal zulässigen Trocknungslufttemperaturen. Im Jahre 1965 konnte in Zusammenarbeit zwischen dem Institut für Thermodynamik und Energiewirtschaft Dresden, dem Institut für Sonderkulturen Leipzig, dem Institut für Mechanisierung der Landwirtschaft Potsdam-Bornim und dem Drogenkontor Leipzig mit einigen derartigen Untersuchungen begonnen werden, die im folgenden besprochen werden sollen. Mit Hilfe wärmetechnischer Kennzahlen sollen die Vor- und Nachteile einzelner Trocknungsverfahren gegenübergestellt und diskutiert werden. Dabei wird besonders das kontinuierliche Trocknungsverfahren, das durch seine Automatisierbarkeit mit erheblichen arbeitswirtschaftlichen und ökonomischen Vorteilen verbunden ist, in die Untersuchungen mit einbezogen. 0.2. F H N V; V X a c f 9 hf i m\ m n P q t w X

z e n V c

Q r

0.3.

Formelzeichen und Einheiten m2 Fläche

kcal/kg kW m 3 ; m 3 /h kg/kg

kcal/kg grd

%

1/h; %/h m

kcal/kg kg; kg/h kWh/kg kp/m2 kcal/kg °C m/s kg/kg; g/kg

% %; ml/100 g TG kg/m 3

h

/o

Heizwert elektrische Leistung Volumen, Volumenstrom Gutsfeuchte, bezogen auf Trockensubstanz (kg Wasser je kg Trockensubstanz) Anteil spezifische Wärme Gutsfeuchte, bezogen auf Gesamtmasse Trocknungsgeschwindigkeit Höhe Enthalpie Masse, Massenstrom spezifische elektrische Energie Druck spezifischer Wärmeverbrauch Temperatur Luftgeschwindigkeit Luftfeuchtegrad Anzahl relative Änderung der Trocknungsgeschwindigkeit Wirkungsgrad Eintrocknungsverhältnis Ölgehalt Dichte Zeit relative Luftfeuchtigkeit Benutzungsgrad.

Indizes A B D F

Außenzustand Brennstoff Dampf Frisch

G H L R

Gut Heizung Luft Rosteinheit

165

Archiv iür Landtechnik. Band 6, 1967, Heft 2

S T U V W a d e

Schüttung trocken, Trocknung Umgebiang Ventilator Wasser Austritt täglich Eintritt

eff m max min

0 u 0

effektiv mittel, Mitte maximal minimal oben unten Anfang

1.

Trocknungsphysikalische Untersuchungen

1.1.

Qualitätsuntersuchungen zur Ermittlung der zulässigen Trocknungsbedingungen unter Berücksichtigung des Trocknungsverlaufes

1.1.1.

Allgemeines

Die wichtigsten Forderungen an eine technische Trocknung von Arzneipflanzen, die ätherische Öle enthalten, sind die Erhaltung des Gehaltes an ätherischem Öl und der grünen Farbe. Von größerer wirtschaftlicher Bedeutung ist aus dieser Gruppe die Familie der Lippenblütler, und davon besonders die Pfefferminze, deren Qualitätsverhalten beim Trocknungsprozeß im folgenden untersucht wurde. Ätherische Öle sind bekanntlich leicht flüchtig, und deshalb sind die sie enthaltenden Drogen temperaturempfindlich. Bestimmte Fraktionen dieser Öle verdunsten schon bei Zimmertemperatur. Die Ölsekrete sind bei den Lippenblütlern vor allem in kugelförmigen Drüsenschuppen auf den Blättern, oberseitig und unterseitig, enthalten. Beim Trocknungsvorgang gilt es, diese Öldrüsen möglichst optimal zu erhalten. Ihre Zerstörung kann sowohl mechanischer Art sein (Druck, Schnitt) als auch erfahrungsgemäß durch die Wärmeeinwirkung beim Trocknen erfolgen. Als obere Temperaturgrenze wird bisher im allgemeinen eine maximale Temperatur tmax = 35 °C für Drogen mit ätherischen Ölen angegeben. Da mit dieser Temperatur zunächst eine Grenze für die Steigerung der Trocknungsgeschwindigkeit gesetzt wird, aber andererseits bestimmte Testversuche eine Erhöhung der oberen Temperaturgrenze vermuten ließen, erschienen Untersuchungen hinsichtlich der exakten Bestimmung der zulässigen Trocknungsbedingungen empfehlenswert. Es wurden Untersuchungen zur Bestimmung der maximal zulässigen Lufttemperatur in Abhängigkeit vom Feuchtigkeitsgehalt des Gutes durchgeführt. Dabei wurde parallel zur Qualitätsbestimmung das Trocknungsverhalten bestimmt, um gleichzeitig Aussagen über die Trocknungsgeschwindigkeit treffen zu können. Da zerkleinertes Frischgut eine höhere Trocknungsgeschwindigkeit erwarten läßt als technologisch unvorbereitetes, aber dabei eine Qualitätsminderung als Folge des Häckselns unvermeidbar ist, wurden Versuchsreihen zur Ermittlung des Qualitäts- und Trocknungsverhaltens solchen Gutes durchgeführt.

166 1.1.2.

BUSCHBECK, KEINER U. KLINGER, T r o c k n u n g v o n P f e f f e r m i n z e

Beschreibung der Versuchsanlage

Der Versuchsstand umfaßte 3 Hauptanlageteile (Abb. 1) Ventilator (a) Heizelement (b) Versuchsbehälter (c) Die Luftmenge konnte mit einem vor dem Ventilator angeordneten Schieber (d) einreguliert werden. Über einen Regeltrafo (e) war die Heizleistung stufenlos variierbar. Der Versuchsbehälter (c) bestand aus einer doppelwandigen Kam-

Abb. 1: Schema des Versuchsstandes und seiner meßtechnischen Ausrüstimg

mer, deren innerer Teil von unten nach oben von der Luft durchströmt wurde. In den Behälter wurde ein Siebboden eingesetzt. Die nutzbare Grundfläche betrug F = 0,5 • 0,5 = 0,25 m2 . Die Luftmenge wurde mit einer Normblende (f) nach TGL 0-1952 gemessen, wobei der Wirkdruck an einem U-Rohr-Manometer abgelesen wurde. Alle Temperaturen wurden mit elektronischen Kompensationsbandschreibern aufgezeichnet, wobei Thermoelemente als Meßwertgeber eingesetzt wurden. In der Gutsschicht wurden in bestimmten Höhen (u, m, o) jeweils die Luft- und die Gutstemperatur gemessen. Die Temperaturen der Umgebungsluft tLu an der Blende und der erwärmten Zuluft tle wurden jeweils über eine Thermoelementreihenschaltung ermittelt, deren Elemente über die Anströmebene verteilt waren, um einen für den ganzen Querschnitt gültigen Integralwert zu erhalten [4]. Die Werte zur Ermittlung der Feuchte der Umgebungsluft wurden mit einem Aßmannschen Aspirationspsychrometer gemessen, ebenso manchmal die der Abluft. Die Gutsfeuchte konnte nur diskontinuierlich bestimmt werden. Am Ende des jeweiligen Versuches wurde die getrocknete Probe in einem Trockenschrank (Hygrostandard) ausgetrocknet. Analog geschah die Messung der Frischgutfeuchte.

Archiv für Landtechnik, Band 6, 1967, Heft 2

167

Parallel zu den T r o c k n u n g s v e r s u c h e n , die der Bestimmung von Trocknungsverlaufskurven dienten, wurden an den Pfefferminzproben Q u a l i t ä t s u n t e r s u c h u n g e n durchgeführt, wobei neben dem subjektiven Farbeindruck vor allem der ölgehalt des Gutes meßtechnisch ermittelt wurde. Dieses geschah entsprechend dem im Deutschen Arzneimittelbuch DAB 7 für verbindlich erklärten Verfahren, das auf dem Prinizp der Rücklaufdestillation mit volumetrischer Bestimmung des Gehaltes an ätherischen ölen beruht. Es wurde die Apparatur nach BBÜCKNER verwendet [ 1 ] . Die Droge wird in einem Kolben ausgekocht; die flüchtigen Öle entweichen zusammen mit Wasserdampf. In einem sich anschließenden Kühler kondensiert beides, so daß das Öl sich in einer Meßpipette sammeln kann. 1.1.3.

Versuchsdurchführung

Da bei der Trocknung der Drogen auf Warmbelüftungsrosten auch die unterste Schicht des Gutsstapels, die zuerst austrocknet und am längsten der Warmlufttemperatur ausgesetzt ist, nicht geschädigt werden soll, wurden die Versuche mit einer Schütthöhe von nur 0,15 m durchgeführt. Die Untersuchungen am angetrockneten Gut erstreckten sich nur auf die untere Hälfte dieser Schicht. Die Einsatzmenge betrug bei jedem Versuch annähernd 1,9 kg Pfefferminze. Die Stengel wurden in 4 gekreuzten Schichten eingelegt, um eine zufällige Luftkanalbildung zu vermeiden. Bei den Versuchen wurde die auf den freien Querschnitt bezogene Luftgeschwindigkeit im Bereich von w2o°c = 0,41-"1,6 m/s variiert. Die höchste Geschwindigkeit entspricht dem Wirbelpunkt ganz trokkener, unzerkleinerter Pfefferminze. Durch die Versuche sollten das zeitliche Trocknungsverhalten und die Qualitätsbeeinflussungen bei unterschiedlichen Trocknungsbedingungen untersucht werden. Zunächst wurden im Juli und Oktober 1965 hauptsächlich Trocknungsversuche mit unzerkleinerten Pflanzen durchgeführt, wobei die Zulufttemperatur der veränderliche Parameter war. Es sind Trocknungsverlaufskurven für tLe = 80, 70, 60, 50, 45, 40 und 35 °C aufgenommen worden. Eine besondere Schwierigkeit bestand darin, daß zur ölgehalts- und genauen Feuchtebestimmung fast die ganze untere Gutsschicht aus dem Behälter benötigt wurde, so daß jeder Punkt der Trocknungskurven durch einen neuen Versuch bestimmt werden mußte. Auf die sich dabei für die Versuchsauswertung ergebenden Notwendigkeiten infolge unterschiedlicher Gutsanfangsfeuchte und verschiedenen Ölgehaltes wird später eingegangen. Um die Möglichkeiten zu prüfen, Krautdrogen kontinuierlich auf einem Bandtrockner aufzubereiten, wurden in einigen Versuchen gehäckselte Pflanzen und auch nur Blätter getrocknet. Die Lufteintrittstemperaturen sind jeweils zu 60 °C und 45 °C gewählt worden. Die maximale Luftgeschwindigkeit mußte auf w20°c = 0,95 m/s reduziert werden. Die Bestimmung der Anfangs- und Restfeuchte ist problematisch. Für jede Ölund Feuchtebestimmung wurde eine Probe von rd. 400 g (bezogen auf Frischgut) entnommen. Aus dieser Probe wurden möglichst repräsentative Einzelproben für die Ölbestimmung (öldestillation von Blättern, Bestimmung der

BüStHBECK, KEINER U. KIINSER, Trocknung von Pfefferminze

168

Trockensubstanz der Blätter) und für die Feuchtebestimmung (Trockensubstanz der gehäckselten Pflanzen oder nur der Stiele) gebildet. Nach verschiedenen Angaben [1] unterscheiden sich bei den Lippenblütlern kleine und große Blätter sowie die Blätter des unteren Pflanzenteiles von den oberen im Ölgehalt. Um gültige Durchschnittswerte zu erhalten, wurden jeweils drei parallele Öldestillationen angesetzt. Bei feuchtem Gut betrug die Einwaage 20 g, bei stark angetrocknetem nur 10 g. Das angewendete Destillationsverfahren ergibt, obwohl es das vorgeschriebene Standardverfahren darstellt [9], keine exakten Ölgehaltswerte. So werden u. a. geringe Mengen öl im Destillationswasser gelöst. Bei der Ölgehaltsbestimmung von Proben recht unterschiedlicher Feuchte zeigte sich, daß durch das Verhältnis Wasser: Drogenmenge die Ergebnisse beeinflußt werden können. Bei den Versuchen im Juli wurde zunächst entsprechend der üblichen Verfahrensvorschrift das Drogengut mit der löfachen Wassermenge destilliert. Bei Frischgut ergibt sich damit aber ein ganz anderes Verhältnis Destillationswasser: Trockensubstanz als bei lufttrockener Ware. Der gemessene ölgehalt wird in diesen Fällen evtl. etwas zu niedrig liegen, weil offenbar prozentual mehr Ölbestandteile im Wasser zurückgehalten werden. Eine ausreichende Korrektur dieser Versuchsergebnisse war möglich, da von jeder Versuchsprobe und dem Frischgut Kontrollproben durch natürliche Trocknung aufbewahrt wurden, die später als lufttrockenes Gut untersucht wurden. Bei der Versuchsserie im Oktober wurden die Einsatzmengen von Gut und Wasser entsprechend dem Feuchtegehalt der Probe in den drei Stufen 1:5, 1:10 und 1:15 variiert; dadurch wurde es möglich, von vornherein genauere Werte zu erhalten. Die umstrittene Frage, ob beim Welkprozeß eine geringe Zunahme des Ölgehaltes eintritt, kann nicht beantwortet werden [3, 13]. Nachdem die Destillationsmethodik wie vorstehend verbessert wurde, trat eine ölzunahme während des ersten Trocknungsabschnittes nicht mehr auf. 1.1.4.

Diskussion der Ergebnisse

1.1.4.1. Ermittlung der zulässigen Temperaturen Bei den in den Versuchen gewonnenen Ergebnissen (Tab. 1) ist als grundsätzlicher Nachteil sämtlicher Messungen festzustellen, daß das Gut infolge unterschiedlicher Jahreszeit, Schnittzeit usw. nur mit ungleichmäßiger Qualität und verschiedenem Anfangsfeuchtegehalt für die Versuche zur Verfügung stand. Aus diesem Grunde wurden die Änderungen des Feuchte- und Ölgehaltes als Anteile vom Frischgutzustand angegeben (s. Spalten 5 und 7 der Tab. 1). Ausgehend vom DAB 6 [14] gilt als Mindest-Ölgehalt für Pfefferminze | 86 = 0,7% > /o— 0,8 •

ml

100gTS

.

Nach dem DAB 7 soll der Mindestölgehalt heraufgesetzt werden und soll bei Pfefferminze im Bereich von ml = 0,8-1,1% =±=0,9- 1,2 : 100g TS v liegen.

169

Archiv fUr Landtechnik, Band 6, 1967, Heft 2

Tabelle 1 Zusammenstellung der Versuchsergebnisse zur Bestimmung des Ölverlustes in Abhängigkeit der Trocknungstemperatur ij, und -zeit ry Ölg(ihalt bez. auf der Blätter Frischgut 0/ 0/ /o /o

Gutsfcsuchte

tL

TT

°c

min

Feuchte der Blätter / 0/ /o

80

Frischgut 5 10 15

81,9 54,4 37,8 24,6

1,53 1,39 0,99 0,49

100 91 65 32

4,85 2,81 2,01 1,42

100 58 42 29

70

Frischgut 10 15 20

80,5 58.3 50.4 38.5

2,06 1,36 1,25 1,12

100 66 61 54

4,62 2,66 2,50 2,46

100 58 54 53

60

Frischgut 10 (Frischgut) 60 (Frischgut) 300

78,5 68,2 (81,2) 10,9 (77,7) 5,5

1,91 1,03 (1,70) 0,97 (1,97) 1,36

100 54 (100) 57 (100) 69

3,80 2,83 (4,60) 1,70 (3,92) 0,14

100 75 (100) 37 (100) 3,5

50

Frischgut 10 20 80 (Frischgut) 240

81,2 75,9 71,5 38.5 (81,6) 10.6

1,70 1,78 1,45 1,34 (1,95) 1,54

100 104 85 79 (100) 79

4,60 3,40 3,00 1,96 (4,37) 0,92

100 74,5 67 42 (100) 21

45

Frischgut 20 40 120 (Frischgut) 240 (Frischgut) 480

83.2 74.3 64,9 29,3 (81,6) 21,9 (81,9) 9,2

1.69 1,67 1.70 1,56 (1,95) 1,73 (1,88) 1,88

100 99 100 92 (100) 89 (100) 100

4,95 3,52 2,62 1,52 (4,37) 1,14 (4,85) 0,412

100 71 53 30,7 (100) 26,1 (100) 8,5

45 (II) (Oktober)

Frischgut 20 35 120 180 (Frischgut) 300

82,5 67.7 64,2 27,2 14,2 (76,7) 11.8

1,65 1,64 1,55 1,45 1,47 (1,65) 1,51

100 99 94 87 89 (190) 93

4,36 2,89 2,45 1,08

100 66 56 25

(3,49) 0,577

(100) 16,5

Frischgut 40 80 240 (Frischgut) 480

82,5 73,7 71.3 43.4 (79,0) 20,0

1,95 1,87 1,71 1,69 (1,99) 2,09

100 96 88 87 (100) 105

4,3 3,56 2,99 1,78 (4,09) 0,96

100 82,6 67,5 41,2 (100) 23,5

40

-X^Kraut k

g/kg

# 1 0 0 0/ /o

170

BUSCHBECK, KEINES U. KLINOER,

Trocknung von Pfefferminze

Rechnet man damit, daß bei der Aufbereitung der Pfefferminze ein Ölverlust von 33% eintritt, dann beträgt der minimal zulässige ölgehalt der Droge nach der Trocknung fmin = 1,2% ^ 1,35

•

Da bei unseren Versuchen der minimale ölgehalt des Frischgutes f e = 1,53% betrug, wäre ein Ölverlust von M _ Se - ¿min

100 = 20%

vertretbar. Ferner soll ein Sicherheitszuschlag von 25% berücksichtigt werden, d. h. der zulässige Verlust bei der Trocknung wird mit

(\ fSe)/zul -

u

*

angenommen. Als zweites Kriterium zur Qualitätsbewertung wird die Erhaltung der Farbe gewählt. Die Farbe des Gutes wird nur von der Zulufttemperatur, nicht aber von der Zuluftfeuchte beeinflußt [12]. Die prozentuale Ölgewichtsabnahme in Abhängigkeit von der Trocknungsdauer r T (Abb. 2) zeigt eindeutig, daß eine Trocknung von Pfefferminze mit Temperaturen t > 70 °C bei Erhaltung der Gutsqualität ausgeschlossen ist. Hingegen ist die Trocknung mit Temperaturen tL = 50- -60 °C insofern interessant als mit zunehmender Trocknungsdauer eine Zunahme des Ölgehaltes wieder zu verzeichnen ist, nachdem ein Minimum durchlaufen wurde, das bei

200 Abb. 2: Ölverlust

300

Trocknungszeit T> als Funktion der Trocknungszeit rj>

Archiv fili Landtechnik, Band 6. 1967, Heft 2

171

sehr kurzen Trocknungszeiten erreicht wird. Trotzdem muß festgestellt werden, daß hierüber keine eindeutigen Aussagen gemacht werden können, da keine völlige Austrocknung erzielt Avurde und durchaus ein Wendepunkt im Kurvenverlauf denkbar ist. Außerdem war bei beiden Versuchsreihen ein eindeutiger Farbumschlag von grün nach braun feststellbar. Bei der Wahl von Trocknungstemperaturen tL ^ 45 °C war keine ölgehaltsminderung A^jA^ ^ 15% zu bemerken. Dieses Ergebnis wurde durch 2 Versuchsreihen (Tab. 1) belegt. Da auch kein Farbumschlag erfolgte, kann aus diesem Ergebnis zunächst als maximal zulässige Temperatur 'imax = 4 5 ° C

für die Trocknung von Pfefferminze angegeben werden. In weiteren Versuchen ist noch zu klären, inwieweit sich eine Übertrocknung der Blätter über mehrere Stunden bei dieser Temperatur ungünstig auf die Beschaffenheit der Öldrüsen auswirkt, da in obigen Versuchen zwar die Blätter voll, die Stiele in der gegebenen Zeit aber noch nicht ausgetrocknet waren. Der zunächst in der Diskussion gemachte Vorschlag, die Trocknung in verschiedenen Temperaturstufen durchzuführen, d. h. die Pfefferminze bei Temperaturen von tL > 50 °C vorzutrocknen und bei niedrigeren Temperaturen tL < 45 °C nachzutrocknen, muß auf Grund der Versuchsergebnisse abgelehnt werden. 1.1.4.2. Der Einfluß des Zerkleinerns auf Qualität und Trocknungsgeschwindigkeit Eine Trocknung im kontinuierlichen Verfahren erfordert möglichst kleine Abmessungen des Gutes [7]. Damit muß also grundsätzlich der Einfluß des Zerkleinerungsvorganges auf die Trocknung und die Qualität untersucht werden. Das Gut wurde in 10---15 mm lange Stücke von Hand geschnitten. Als interessanteste Ergebnisse sind zu erwähnen: Die Trocknung erfolgte mit 2 Temperaturen tL = 60 °C und 45 °C. Die Trocknungsgeschwindigkeit lag bei beiden Versuchsreihen merklich über der von ungehäckseltem Gut. Allerdings sind durch die hohen Zulufttemperaturen und u. E. auch durch den Zerkleinerungsvorgang merkbare Ölgehaltsminderungen festzustellen. Bei tL = 60 °C ist die Minderung so erheblich, daß eine Trocknung völlig ausgeschlossen erscheint. Eine Trocknung bei tL = 45 °C führt zu einem ölgehaltsverlust von A£/A£ — 25%. Obwohl dieser Wert zunächst wesentlich über dem von uns als Kriterium festgelegtem liegt, kann er als zulässig angesehen werden, da der Verlustanteil bei der Verarbeitung wesentlich zurückgeht. Wir schlagen daher auch für zerkleinertes Gut eine zulässige Temperatur von «imax =

45 °C

vor.

Die Gefahr einer größeren Beschädigung der öldrüsen bei der Zerkleinerung vor dem Trocknungsprozeß als danach ist nach unseren ersten Testuntersuchungen nicht gegeben. Die wesentliche Voraussetzung für die Anwendung des Häckselverfahrens vor der Trocknung bleibt jedoch die Entwicklung geeigneter Schneideapparate für Frischgut.

172

BTTSCHBECK, K E I N E S U. KIINGER, T r o c k n u n g v o n P f e f f e r m i n z e

1.1.4.3. Diskussion des Temperaturverlaufes in der Gutsschicht Die Gutsschicht war 15 cm dick. Es wurden 6 Thermoelemente angebracht, wobei jeweils die Luft- und Guttemperaturen am Eintritt (unten), in der Mitte und am Austritt aus der Schicht (oben) gemessen wurden. Soweit es möglich war, wurden die zur Guttemperaturbestimmung vorgesehenen Thermoelemente in einen Stengel eingebracht. Wurden nur Blätter getrocknet, dann sind die Thermoelemente jeweils in ein Blatt eingewickelt worden. Allgemein wurde kein wesentlicher Unterschied im Erwärmungsverlauf dünner und dicker Stengel gefunden. Im Gegensatz hierzu stellte T R E G U B E N K O [12] bei seinen Versuchen fest, die in einer Klimakammer ohne definierte Luftbewegung durchgeführt wurden, daß dickere Stengel langsamer als dünne erwärmt werden. Bezogen auf gleichen Wassergehalt war aber auch bei T R E G U B E N K O die Temperaturdifferenz (t L — ts) bei dünneren und dicken Stengeln, sowie bei den Blättern annähernd gleich und nur abhängig von der Lufttemperatur tL. Im vorigen Abschnitt wurden die maximal zulässigen Temperaturen für die Pfefferminztrocknung mitgeteilt. Dementsprechend sollen hier nur Temperaturverläufe für die interessierenden Zulufttemperaturen angegeben werden (Abb. 3 - 5 ) . Zunächst erfolgt eine starke Erwärmung des Gutes (Abb. 3). Durch die zunehmende Trocknungsgeschwindigkeit wird mehr und mehr Wärme zur Verdampfung der Gutsfeuchte benötigt. Da diese Wärme der Trockenluft entzogen wird,

Abb. 3: Feuchte- und Temperaturverlauf als Funktion der Troeknungszeit ry für die gesamte Pflanze tLe = 45 °C; wL20 = 1,6 m/s

Archiv für Landtechnik, Band 6, 1967, Heft 2

173

Abb.4a

Abb. 4 b Abb. 4: Feuchte- lind zeit ry für gehäckseltes a) tLe ss 45 °C; wL2o = b) t u na 60 °C; wL20 = c) i L e sa 60 °C; w £2 o =

Abb. 4 c Temperaturverlauf als Funktion der TrocknungsGut 0,96 m/s 0,96 m/s 0,65 m/s

174

BUSCHBECK, KEINER U. KLINGEK, T r o c k n u n g v o n P f e f f e r m i n z e

kühlt sie sich stärker ab (vgl. tLm und tLa), so daß eine vorübergehende Temperaturabsenkung eintritt. Bei der Trocknung oberflächenfeuchten Gutes — Trocknung im ersten Trocknungsabschnitt [6] — ist im Temperaturverlauf des Gutes ein Haltepunkt mit dtldxT = 0 zu beobachten. Das Gut erwärmt sich, solange die Phasenumwandlung der Gutfeuchte noch an der Gutsoberfläche vor sich geht, nicht über die

/

f

s

r—

i i 1 i l / iY /r

,1 5 3

V

-

6 •2

40 60 80 100% 20 relative Gutsfeuchte-§xo Abb. 5: Verlauf der Temperaturdifferenz in Abhängigkeit vom Feuchteverlauf XjX0 1 Gesamtpflanze tLe = 60 °C wL = 1,6 m/s 2 Gesamtpflanze tLe = 45 °C wL = 1,6 m/s 3 Häcksel tLe = 60 °C wL = 0,96 m/s 4 Häcksel tu = 45 °C wL = 0,96 m/s 5 Blätter tLe = 60 °C wL = 0,96 m/s 6 Blätter tLe = 45 °C wL = 0,96 m/s 7 Häcksel tu = 60 °C wL = 0,65 m/s 8 Gesamtpflanze tLe = 45 °C wL = 0,65 m/s

der unteren Schicht

Kühlgrenztemperatur. Diese Erscheinung kann nur beobachtet werden bei Trocknungsvorgängen mit Zuluft gleichbleibenden Zustandes. Dementsprechend wird man bei Trocknungsvorgängen in dicken Schichten diese Feststellung nur an der ersten Gutsschicht machen können, da der örtliche Luftzustand im Gutstapel infolge des weiterschreitenden Trocknungsprozesses sich ständig ändert (dtjdr T =j= 0). Für ta ist eine Haltezone zu erkennen (Abb. 3); für tgm und tGA, die man nicht mehr als Temperaturen der ersten Zone betrachten kann, ist dtlrT = 0 nur noch angedeutet. Die Haltepunkte dt/rT — 0 liegen bei höheren Temperaturen als die jeweilige Kühlgrenztemperatur des entsprechenden Luftzustandes. Die Ursache für dieses Verhalten wird von uns in der Stengelstruktur gesehen. Die äußeren Zellverbände der Stengel sind so fest, daß sie dem an die Oberfläche diffundierenden Wasser oder Wasserdampf einen hohen Widerstand entgegensetzen. Dadurch entspricht die Erwärmungscharakteristik der Stengel mehr der eines weitgehend trocknen Körpers.

Archiv für Landtechnik, Band 6, 1967, Heft 2

175

Bei gehäckseltem Gut erreicht der Trocknungsvorgang (vgl. X/X0 = f[rT]) schneller eine große Intensität als bei der Trocknung von unzerkleinertem Gut (Abb. 4a). Begründet ist dieses Verhalten in den vielen Schnittstellen, die beim Häckseln entstehen. Da an diesen Stellen die Zellstruktur zerstört ist, kann die Feuchtigkeit ohne nennenswerten Widerstand ausgetrieben werden. Das Gut wird, da viel Wärme zur Wasserverdampfung benötigt wird, langsamer erwärmt. Eine Haltezone ist nicht erkennbar. Wenn die Zulufttemperatur höher ist (Abb. 4b), läuft der Trocknungsprozeß rascher ab. Infolge der erhöhten Wasserverdampfung erwärmt sich das Gut langsamer. Die Gutstemperaturen lassen, ähnlich wie bei Abb. 3, einen Haltepunkt erkennen. Wird die Luftgeschwindigkeit bedeutend niedriger gewählt (Abb. 4c), kann das Gut durch das geringere Wärmeangebot nicht so rasch erwärmt werden. Die Abkühlung der Luft in der Schicht (Temperaturdifferenz tLe — tLa) ist ebenfalls größer. Mit einem Vergleich der Temperaturdifferenzen (tLu — tGu) (Abb. 5) sollte geprüft werden, inwieweit damit zu rechnen ist, daß das Gut auf Grund des intensiven Stoffaustausches wesentlich kühler bleibt als die Zuluft. Dann könnte man während des 1. Trocknungsabschnittes mit höheren Zulufttemperaturen arbeiten, ohne Ölverluste befürchten zu müssen. Zunächst kann gesagt werden, daß die Temperaturdifferenz zwischen Luft und Gut bei den interessierenden Fällen stets kleiner als At = 4 grd ist und im Verlauf der Austrocknung mehr oder weniger rasch abnimmt. Man kann somit nicht mit einer Schonung des Gutes rechnen; die Gutstemperatur liegt nur unwesentlich unter der Lufttemperatur. Das gilt auch für Gutsschichten, die sich vom Zulufteintritt weiter entfernt befinden, d. h. At\l =f(h) « konst. Bei tc = 60 °C bleibt die Temperaturdifferenz längere Zeit erhalten (At ?w3---4grd), da die Trocknungsprozesse mit großer Intensität ablaufen. Anfänglich durchläuft At\T^ ein Minimum, begründet in dem langsamer als die Aufheizung anlaufenden Trocknungsprozeß. Wenn X / X 0 < 40-••60% ( ^ 2---2,5 kg H 2 0/kg Tr.S.) erreicht ist, dann sinkt At stark ab. Das Gut erreicht ab X/X0 < 10% praktisch Lufttemperatur. Bei tL = 45 °C sinkt die Temperaturdifferenz nach der Aufheizperiode (90 < X / X 0 < 100%) wenig ab und beträgt bis X/X0 « 60% At = l,5 --3 grd. Mit X / X 0 < 6 0 % sinkt At stetig ab. Man kann also bei allen Kurven mit tL = 60 °C und tL = 45 °C vom Auftreten eines mehr oder minder ausgeprägten Haltepunktes im Sinne der Trocknung oberflächenfeuchten Gutes sprechen, der zwischen X I X 0 = 80---60% auftritt. Allerdings stellt sich als Guttemperatur nicht die Kühlgrenztemperatur ein. Der Vergleich der Temperaturdifferenz At verschieden aufbereiteten Gutes (Pflanzen im Ganzen, Häcksel und Blätter) zeigt für t L = 60 °C in der Reihenfolge ganze Pflanze — Häcksel — Blätter eine Verschiebung des Temperaturausgleiches zu niedrigeren X/X0-Werten. Für tLt = 45 °C kann diese Aussage nicht getroffen werden. Die Werte für Häcksel sind sehr groß. Die gestrichelten Linien (Abb. 5) bringen gegenüber den ausgezogenen den Vergleich für ver12

Archiv für Landtechnik, Bd. 0, H. 2

176

BUSCHBECK, KEINER U. KLISGER, Trocknung von Pfefferminze

schiedene Luftmengen bei sonst gleichen Bedingungen. Die Temperaturdifferenz zwischen Luft und Gut bleibt mit sinkender Luftgeschwindigkeit länger erhalten und ist auch größer. Bei gleichem X/X0 wird ein gleichbleibender Betrag an Wärme für die Verdampfung von A(X/X0) verbraucht. Mit sinkender Luftgeschwindigkeit steht damit bei gleicher Zulufttemperatur weniger Wärme zur Erwärmung des Gutes zur Verfügung. Abschließend sei festgehalten: Die Temperaturdifferenz zwischen Luft und Gut beträgt, abgesehen von der anfänglich notwendigen Aufheizperiode, für t [ e = 60 °C At\l ^ 4 grd und für tle = 45 °C At\% ^ 2,5--3 grd, wenn Luftgeschwindigkeiten eingehalten werden, die der Wirbelpunktgeschwindigkeit nahekommen. 1.1.4.4. Ermittlung der Trocknungsgeschwindigkeit Für die Auslegung und den Leistungsvergleich von Trocknern hat sich die Trocknungsgeschwindigkeit gD als sehr brauchbar erwiesen. Im vorliegenden Fall wurde die momentane Trocknungsgeschwindigkeit abweichend von den sonstigen Gepflogenheiten als

definiert. Dieses Vorgehen wird mit der sehr schwankenden Anfangsfeuchte X0 begründet. Für den Bereich von X0 = 4,8 -- -5,4 kg/kg (Schwankungsbereich der Frischgutfeuchten) wird angenommen, daß gD = f(X/X0) für X/X0 = konst. gleichbleibende Werte ergibt. Es ist somit möglich, die mitgeteilten Diagramme gD = f(rT) und gD = f(XIX0) für verschiedene Anfangsfeuchten anzuwenden. Es sei vermerkt, daß die angegebenen Werte nur für eine 7,5--10 cm starke Gutschicht gelten. Bei der Trocknung wesentlich dickerer Gutschichten, wie sie bei den Warmbelüftungsverfahren angewendet werden, wird man ungünstigere gD- Werte erhalten. Bei gj) = f(tT) gilt für ein bestimmtes Gut g])max, 60°c> dßmux, 45°c (Abb. 6), d. h., wie schon festgestellt, die Intensität des Trocknungsvorganges wächst mit steigender Zulufttemperatur. Im Verlaufe der Abtrocknung überschneiden sich dann die Kurven, da die Austrocknungsdauer mit sinkender Lufttemperatur rasch zunimmt (vgl. hierzu Abb. 3—5). Als zweite Folgerung kann angegeben werden 9 b m a x , Pflanze < fl'Dmax, Häcksel
,Pflanze


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sié¡ M ™ S ^ 55% haben, um noch einen Trocknungseffekt zu erhalten. Nach dem Durchtritt durch die erste Sektion und erfolgter Zwischenerwärmung hat die Luft aber nur Ax = 2,46 g/kg Wasser aufgenommen und eine relative Feuchte von