Die Kaltmahlung, auch als kryogenes Mahlen bekannt, ist ein Verfahren, bei dem Materialien bei extrem niedrigen Temperaturen in feine Partikel zerkleinert werden.
Diese Methode eignet sich besonders für hitzeempfindliche Materialien wie biologische Proben, Arzneimittel und bestimmte Lebensmittel.
Durch die Verwendung von flüssigem Stickstoff bei Temperaturen von bis zu -196 °C gewährleistet die kryogene Zerkleinerung, dass das Material stabil bleibt und seine ursprünglichen Eigenschaften während des Zerkleinerungsprozesses beibehält.
Mit dieser Technik werden die mit dem konventionellen Mahlen verbundenen Probleme wie Wärmeentwicklung, Oxidation und Materialverschlechterung überwunden.
6 wichtige Punkte erklärt
1. Kühlung und Versprödung
Verfahren: Das Material wird zunächst mit flüssigem Stickstoff auf eine Temperatur abgekühlt, die deutlich unter dem Gefrierpunkt der Umgebung liegt.
Mechanismus: Durch diese Abkühlung versprödet das Material, wodurch es spröder wird und sich leichter zu feinen Partikeln mahlen lässt.
Vorteile: Bei niedrigen Temperaturen zieht sich die Molekularstruktur des Materials zusammen, wodurch seine Elastizität verringert und seine Sprödigkeit erhöht wird.
Dadurch lässt es sich leichter in kleinere Partikel zerkleinern, ohne dass größere Hitze oder mechanische Belastung entsteht.
Diese Methode eignet sich besonders für hitzeempfindliche Materialien wie flüchtige Stoffe, Vitamine und biologische Proben.
Die niedrige Temperatur verhindert den Abbau dieser empfindlichen Bestandteile.
2. Zerkleinerungsvorgang
Verfahren: Sobald das Material ausreichend abgekühlt ist, wird es dem Mahlvorgang unterzogen.
Die Vermahlung kann mit verschiedenen Geräten erfolgen, wie z. B. kryogenen Dosierern oder Gefriermühlen, die für den Betrieb bei niedrigen Temperaturen ausgelegt sind.
Vorteile: Die Vermahlung bei kryogenen Temperaturen führt zu feineren Partikeln und einer gleichmäßigeren Verteilung von Aromastoffen und anderen Komponenten.
Dies ist auf die Sprödigkeit des Materials bei niedrigen Temperaturen zurückzuführen, die eine einfachere und effizientere Vermahlung ermöglicht.
Überwundene Herausforderungen: Bei der herkömmlichen Vermahlung treten häufig Probleme wie Wärmeentwicklung, Materialverklumpung und Oxidation auf.
Beim kryogenen Schleifen werden diese Probleme gelöst, indem während des gesamten Prozesses eine niedrige Temperatur aufrechterhalten wird, so dass diese Probleme nicht auftreten.
3. Energie-Effizienz
Energienutzung: Das Schleifen ist ein energieintensiver Prozess, bei dem nur etwa 1 % der eingesetzten Energie tatsächlich zum Schleifen verwendet wird, während die restlichen 99 % als Wärme abgeführt werden.
Das kryogene Mahlen trägt dazu bei, diesen Energieverlust zu verringern, indem es eine niedrige Temperatur aufrechterhält, wodurch die während des Prozesses erzeugte Wärmemenge reduziert wird.
Wärmemanagement: Durch die Verwendung von flüssigem Stickstoff wird die beim Mahlen entstehende Wärme absorbiert und verhindert, dass sich das Material erhitzt und verschlechtert.
Dadurch behält das Material seine ursprünglichen Eigenschaften und seine Qualität.
4. Anwendungen
Lebensmittelverarbeitung: Kryogenes Mahlen wird in der Lebensmittelindustrie häufig zur Verarbeitung von Materialien eingesetzt, die empfindlich auf hohe Temperaturen reagieren, wie Käse, Trockenfrüchte und ölige Gewürze.
Es stellt sicher, dass diese Materialien zu feinen Partikeln gemahlen werden, ohne dass sie ihren Geschmack oder Nährwert verlieren.
Pharmazeutische Produkte: In der pharmazeutischen Industrie wird das kryogene Mahlen zur Verringerung der Partikelgröße von Medikamenten und anderen Materialien eingesetzt.
Diese Methode eignet sich besonders für instabile Verbindungen wie Vitamine und flüchtige Stoffe, die bei höheren Temperaturen abgebaut werden können.
Herstellung und Recycling: Die kryogene Zerkleinerung wird auch in Herstellungsprozessen eingesetzt, z. B. bei der Pulverisierung von Ruß, und beim Recycling, wo sie zur Zerkleinerung von Schrott ohne thermische Zersetzung beiträgt.
5. Ausrüstung und Einrichtung
Kryogenische Dosierer: Hierbei handelt es sich um spezielle Geräte, die für die Kühlung und Zerkleinerung von Materialien bei niedrigen Temperaturen ausgelegt sind.
Sie sind mit Mechanismen zur Handhabung von flüssigem Stickstoff ausgestattet und halten die gewünschte Temperatur während des Mahlvorgangs aufrecht.
Gefriermühlen: Sie sind eine weitere Art von Geräten, die für die kryogene Vermahlung verwendet werden.
Sie verwenden ein Magnetventil, um die Mahlkörper hin- und herzubewegen und so das gekühlte Material effektiv zu feinen Partikeln zu zerkleinern.
Wartung: Die für die kryogene Zerkleinerung verwendete Ausrüstung muss regelmäßig gewartet werden, um eine optimale Leistung zu gewährleisten.
Dazu gehören die Reinigung und der Austausch von Teilen, die durch die niedrigen Temperaturen und den Mahlprozess beschädigt werden können.
6. Qualität und Konsistenz
Verteilung der Partikelgröße: Einer der Hauptvorteile des kryogenen Mahlens ist die Möglichkeit, eine gleichmäßigere Partikelgrößenverteilung zu erreichen.
Dies ist von entscheidender Bedeutung für Anwendungen, bei denen sich die Partikelgröße auf die Qualität des Endprodukts auswirkt, wie z. B. in der Pharma- und Lebensmittelverarbeitung.
Beibehaltung der Eigenschaften: Durch die Beibehaltung einer niedrigen Temperatur während des gesamten Mahlvorgangs gewährleistet die kryogene Mahlung, dass das Material seine ursprünglichen Eigenschaften wie Geschmack, Nährwert und Wirksamkeit beibehält.
Dies ist besonders wichtig für empfindliche Materialien, die unter Hitze und mechanischer Belastung Schaden nehmen können.
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