Vakuumtrocknen – was ist das?

Vakuumtrocknen – was ist das?

Beim Trocknen unter Vakuum wird das im Produkt enthaltene flüssige Wasser durch Sieden verdampft. Unter normalen Druckbedingungen, also bei 1 bar oder 1.000 Millibar (mbar), siedet Wasser bekanntlich bei 100 °C. Vakuumdrücke sind Drücke unter 1.000 mbar. Legt man über einem Produkt durch Absaugen der Atmosphäre einen bestimmten Vakuumdruck an, so siedet das Wasser bereits bei Temperaturen unter 100 °C. Um wie viel Grad der Siedepunkt sich nach unten verlagert, darüber entscheidet die genaue Größe des Vakuumdrucks in der Trocknungskammer. Wasser siedet bei einem Druck von 200 mbar bereits bei 60 °C, bei 100 mbar bei 48 °C und bei 40 mbar sogar schon bei 30 °C. In der Vakuumtrocknung übliche Drücke liegen zwischen 20 und 200 mbar. Wie bei allen Trocknungsverfahren, so muss auch bei der Vakuumtrocknung zum Entfernen des Wassers dem Trocknungsgut Energie in Form von Wärme zugeführt werden.

Das Vakuumtrocknen besteht aus zwei Abschnitten.

1. Haupttrocknung

Im ersten Trocknungsabschnitt wird freies flüssiges Wasser entfernt. Freies Wasser ist Wasser, dessen Moleküle nicht an die Inhaltsstoffe des Trocknungsgutes gebunden sind. Will man nun – zur thermischen Schonung des Trocknungsgutes – Temperaturen oberhalb eines bestimmten (kritischen) Wertes vermeiden, so wählt man zunächst den zum Temperaturgrenzwert gehörenden Vakuumdruck aus. Beispiel: Der Temperaturgrenzwert soll in der Haupttrocknung 40 °C betragen. Der dazu gehörende Vakuumdruck ergibt sich aus dem Zustandsdiagramm von Wasser zu 60 mbar. Die zweite Maßnahme besteht darin, dem Produkt nur so viel Wärme pro Zeiteinheit zuzuführen, wie für das Verdampfen von freiem Wasser an diesem gewählten Siedepunkt laufend verbraucht wird. Würde man mehr Wärme zuführen, so würde sich das Trocknungsgut über den gewählten Siedepunkt hinaus erwärmen. Würde man weniger Wärme zuführen, so würde sich das Gut auf Temperaturen unterhalb des Siedepunktes abkühlen, mit der Folge, dass Wasser nicht mehr durch Sieden, sondern nur noch durch den langsameren Vorgang des Verdunstens aus dem Gut entfernt würde.

2. Nachtrocknung

Zum Herstellen eines haltbaren, lagerfähigen Trockenprodukts muss man das gesamte freie Wasser und zusätzlich einen bestimmten Anteil des gebundenen Wassers entfernen. Letzteres geschieht in der Nachtrocknungsphase. Gebundenes Wasser kann man nur entfernen, wenn man pro Gramm Wasser mehr Wärmeenergie zuführt, als zum Verdampfen von einem Gramm freien Wassers erforderlich ist. Dieses Mehr an Wärmeübertragung ist technisch meist nur dadurch möglich, dass man eine gewisse Temperaturerhöhung über den gewählten Siedepunkt hinaus im Trocknungsgut zulässt. Beim Vakuumtrocknen ergeben sich mindestens zwei Möglichkeiten: (A) Man reduziert in der Nachtrocknungsphase den Vakuumdruck, (B) man lässt in der Nachtrocknung einen Temperaturgrenzwert zu, der über dem für die Haupttrocknung gewählten Grenzwert liegt. Letzteres ist oft vertretbar, weil nach dem Entfernen des freien Wassers die thermische Empfindlichkeit vieler Produkte deutlich geringer ist. Die Kunst des Vakuumtrocknens besteht also darin, unter vorgegebenen Randbedingungen, nämlich

  • die maximal zulässigen Gutstemperaturen und
  • die für die thermische Schonung des Produkts vertretbare Trocknungsdauer,

sowie unter der wirtschaftlichen Prämisse einer möglichst großen Trocknungsgeschwindigkeit das Produkt auf den erforderlichen Restwassergehalt zu trocknen.