1 Einleitung***
Grenzflächenphänomene bestimmen in hohem Maße eine große Anzahl
physikalischer, aber auch chemischer Abläufe in Alltag und Technik, so auch in
der Verpackungstechnik. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich im Wesentlichen
mit der Übertragung der Forschungsergebnisse aus der Dissertation von
Christian Budde aus dem Jahr 2001 mit dem Titel „Abtragen und Umlagern
deponierter Feststoffpartikeln an der Phasengrenze fest-flüssig-gasförmig“. Ziel
dieser Arbeit ist, „das Problem der Partikelbewegung im Wasserkreislauf aus
verfahrenstechnischer Sicht zu betrachten und die wirkenden Einflußfaktoren
aufzuklären.“ Dabei wird die besondere Wirksamkeit von Grenzflächeneffekten
auf Ablöse- und Umlagerungsprozesse mittels Filmströmung experimentell
untersucht und innerhalb einer weitestgehend qualitativen Analyse versucht, die
Basis für eine rechnerische Beschreibbarkeit zu legen.
Die Betrachtung von Grenzflächeneffekten berührt den Bereich der Verpackungstechnik
in mehrerlei Hinsicht. Zum einen können im Bereich der Maschinentechnik
die Reinigungsprozesse der für die Verpackungstechnik relevanten
produktführenden Maschinenteile betrachtet werden. Hierbei sind insbesondere
sogenannte CIP (Clean-in-Place)-Systeme relevant, d.h. die Reinigung von
Maschinenbestandteilen vor Ort, ohne diese für den Reinigungsvorgang
auszubauen. Es ist wichtig, den Reinigungsprozess im Sinne eines Ablöseprozesses
von Schmutzpartikeln von der Maschinenoberfläche genau zu kennen,
da eine Kontrolle – sei es durch die menschliche Sensorik, sei es durch technische
Hilfsmittel - durch eine schlechte Zugänglichkeit vieler Maschinenteile nur
schwer realisierbar ist.
[...]
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung
2 Theoretische Grundlagen
2.1 Erläuterung wesentlicher Begriffe
2.2 Beschreibung grundlegender Phänomene
3 Versuchsbeschreibungen
3.1 Allgemeines
3.2 Abspülversuche
3.2.1 Versuchsbeschreibung
3.2.2 Modellannahme
3.2.3 Versuchsergebnisse
3.3 Betauungsversuche
3.3.1 Versuchsbeschreibung
3.3.2 Modellannahmen
3.3.3 Versuchsergebnisse
3.4 Diskussion der Versuchsergebnisse
4 Überlegungen zur Übertragbarkeit auf den Bereich der Verpackungstechnik
4.1 Allgemeine Überlegungen
4.2 Zwei- und Dreiphasensysteme
4.3 Strömungsverhalten
4.4 Verschmutzungsarten
5 Übertragung der Forschungsergebnisse auf die Verpackungstechnik
5.1 Relevante Bereiche der Verpackungstechnik
5.2 Wirtschaftliche Betrachtungen der Reinigungsfähigkeit von Oberflächen in der Verpackungstechnik
5.3 Relevante Forschungsrichtungen
5.3.1 Bionik
5.3.2 Nanotechnologie
5.4 Übertragung auf den verpackungsmaterial- bzw. werkstoffbezogenen Anwendungsbereich
5.4.1 Übertragung auf den werkstoffbezogenen Anwendungsbereich
5.4.2 Übertragung auf den maschinentechnischen Bereich (CIP-Systeme)
6 Schlussbetrachtung
Zielsetzung & Themen der Arbeit
Die vorliegende Belegarbeit befasst sich mit der Übertragung theoretischer Erkenntnisse über Partikelbewegung an Phasengrenzen auf die verpackungstechnische Praxis, mit dem Ziel, Reinigungsprozesse besser beschreibbar und effizienter zu gestalten. Dabei steht die Untersuchung von Grenzflächenphänomenen unter Berücksichtigung physikalischer Einflussfaktoren im Vordergrund.
- Analyse von Grenzflächeneffekten bei Ablöse- und Umlagerungsprozessen
- Optimierungspotenziale für Reinigungsprozesse in der Verpackungstechnik
- Vergleich zwischen Dreiphasensystemen (Laborversuche) und Zweiphasensystemen (industrielle Praxis)
- Anwendung moderner Forschungsrichtungen wie Bionik und Nanotechnologie
- Wirtschaftliche Bedeutung und Hygieneanforderungen bei der Reinigung von Oberflächen
Auszug aus dem Buch
3.2.3 Versuchsergebnisse
Von den Glaskugeln wurden diejenigen mit einem Durchmesser von 100 µm direkt nach Versuchsbeginn abgespült. Bei den Glaskugeln mit einem Durchmesser von 30 µm und 50 µm stellte sich eine Zeitabhängigkeit heraus. Einzelne Partikeln oder auch Partikelgruppen wurden dabei in unregelmäßigen Abständen abgespült. Die meisten Abspülereignisse zeigten sich dabei in den ersten Minuten. Bei den Glaskugeln mit 50 µm Durchmesser waren die Ergebnisse schlecht reproduzierbar. Ein ähnliches Verhalten zeigte sich bei den Staubproben, bei denen alle Abspülereignisse in den ersten Minuten stattfanden. Hauptsächlich wurden dabei größere Partikeln entfernt. Durch die beim Wachsen und auch Trocknen entstehende s-/l-/g-Grenzflächenbewegung bildeten sich zudem Aggregate aus, welche sich durch die Ausbildung von Stützkräften und Feststoffbrücken in der Folge schwerer abspülen ließen als einzelne Partikel.
Bei den Abspülversuchen konnte eine Abhängigkeit der Partikelgröße auf die im Vergleich zu den Haftkräften relative Zunahme der Strömungskräfte bei größeren Partikeln festgestellt werden. Größere Partikeln konnten leichter abgespült werden als kleine, da die Filmströmung eine größere Widerstandskraft auf sie ausübt. Aufgrund der geringen Zeitabhängigkeit der Versuche kann darauf geschlossen werden, „dass die Grenzflächenkräfte an der Flüssigkeitsfront wesentlich stärker am Abspülvorgang beteiligt sind, als die Strömungskräfte. Offensichtlich verändern sich die Haftkräfte im Verlauf der Abspülversuche nicht mehr weiter, so dass die Partikeln, deren Haftkräfte gegenüber en Grenzflächenkräften an der Flüssigkeitsfront groß genug waren, um eine Abspülen zu vermeiden, nicht mehr von den noch kleineren Strömungskräften in der Filmströmung abgespült werden.“ [1] Die wandernden l/g-Phasengrenzen waren somit entscheidender für den Abspülvorgang als die nachfolgende Filmströmung. Die an diesen auftretenden Kräfte haben sich somit bei den Abspülversuchen als dominierend erwiesen.
Zusammenfassung der Kapitel
1 Einleitung: Vorstellung der Problemstellung, der Zielsetzung sowie der Relevanz von Grenzflächenphänomenen für die Verpackungstechnik.
2 Theoretische Grundlagen: Erläuterung grundlegender physikalischer Begriffe wie Grenzflächen, Oberflächenspannung und Partikelhaftung sowie Beschreibung der Phänomene Filmströmung und Betauung.
3 Versuchsbeschreibungen: Darstellung der experimentellen Untersuchungen zu Abspül- und Betauungsvorgängen an Modellpartikeln sowie deren Ergebnisse und Modellierung.
4 Überlegungen zur Übertragbarkeit auf den Bereich der Verpackungstechnik: Diskussion der Grenzen einer direkten Übertragung theoretischer Modelle auf reale industrielle Prozesse, insbesondere hinsichtlich der Phasensysteme.
5 Übertragung der Forschungsergebnisse auf die Verpackungstechnik: Anwendung der Ergebnisse auf Verpackungsmaterialien und CIP-Systeme unter Einbeziehung von Bionik und Nanotechnologie.
6 Schlussbetrachtung: Zusammenfassende Bewertung der Übertragbarkeit der theoretischen Forschungsergebnisse in die verpackungstechnische Praxis.
Schlüsselwörter
Grenzflächenphänomene, Verpackungstechnik, Partikelhaftung, Abspülversuche, Betauung, CIP-Systeme, Reinigungsprozesse, Bionik, Nanotechnologie, Restentleerbarkeit, Dreiphasensystem, Filmströmung, Oberflächenspannung, Mehrwegverpackungen, Hygienemanagement
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit untersucht, wie theoretische Forschungsergebnisse über das Abtragen und Umlagern von Feststoffpartikeln an Phasengrenzen genutzt werden können, um die Reinigung von Oberflächen in der Verpackungstechnik zu verbessern.
Was sind die zentralen Themenfelder?
Die zentralen Themen umfassen Grenzflächenphysik, die Simulation von Partikelbewegungen, moderne Oberflächentechnologien wie Nanobeschichtungen sowie hygienische Anforderungen in der Lebensmittel- und Pharmaindustrie.
Was ist das primäre Ziel der Untersuchung?
Das Ziel ist es, verfahrenstechnische Abläufe bei der Reinigung besser zu verstehen und rechnerisch beschreibbar zu machen, um die Effizienz der Reinigung bei gleichzeitiger Ressourcenschonung zu erhöhen.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Es wird eine qualitative Analyse auf Basis der Dissertation von Christian Budde durchgeführt, die durch Literaturrecherche zu Anwendungsfeldern in der Verpackungstechnik sowie Patentrecherchen ergänzt wird.
Was wird im Hauptteil behandelt?
Der Hauptteil gliedert sich in die theoretischen Grundlagen der Grenzflächenphänomene, die Beschreibung der experimentellen Laborversuche sowie die Diskussion der Übertragung dieser Ergebnisse auf industrielle Reinigungsmaschinen und Verpackungsmaterialien.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Wichtige Begriffe sind Grenzflächenphänomene, Partikelhaftung, CIP-Reinigung, Nanotechnologie, Restentleerbarkeit und Reinigungseffizienz.
Warum ist die Unterscheidung zwischen Zwei- und Dreiphasensystemen so wichtig?
Weil viele Laborergebnisse an Dreiphasensystemen (fest-flüssig-gas) gewonnen wurden, während industrielle CIP-Prozesse oft Zweiphasensysteme (fest-flüssig) darstellen, was die Übertragbarkeit der Grenzflächeneffekte einschränkt.
Welche Rolle spielt die Nanotechnologie in diesem Zusammenhang?
Die Nanotechnologie bietet Ansätze zur Oberflächenmodifizierung, um die Haftung von Schmutz zu verringern, stößt jedoch bei industriellen Reinigungsbeanspruchungen oft an Grenzen bezüglich der Stabilität der Mikrostrukturen.
Warum ist die Reinigbarkeit von Mehrwegflaschen ein so komplexes Thema?
Da unterschiedliche Materialien (Glas, PET) und Verschmutzungsarten (Biofilme, Partikel) kombiniert mit den Einschränkungen hinsichtlich Temperatur und Chemikalieneinsatz eine sehr präzise Prozessführung erfordern.
- Quote paper
- B. Eng. Ines Munoz Zuniga (Author), 2009, Abtragen und Umlagern deponierter Feststoffpartikeln an der Phasengrenze fest-flüssig-gasförmig, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/122899
