Food Process Design I an der Universität Hohenheim

Karteikarten und Zusammenfassungen für Food Process Design I an der Universität Hohenheim

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What is the ''Stefan-flux''?

Under which diffusion conditions does it occur and how does it affect the diffusion?

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Which type of heat exchanger do you use for a system containing large particles?

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How does the heat transfer coefficient in a tube change over the length and why?

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How does the sorption isotherm shift for a higher temperature and why?

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Explain the process steps and stages during freeze drying. Does the vacuum pump need to be running during the entire process?

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Which water activity is desired to have a microbiological stable product?

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What is the desired water activity of most food powders and why?

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What do you need to solve a partial different equation of first, second and third order?

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What kind of mass transfer mechanisms are there?

Name dryers with that heat transfer technology.

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What type of heat exchanger do you use for products with high solid contents?

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Why are there deviations from the ideal behaviour of diffusion in food?

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Why do plate heat exchangers have a "wavy" surface? What are the advantages and disadvantages of that?

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Food Process Design I

What is the ''Stefan-flux''?

Under which diffusion conditions does it occur and how does it affect the diffusion?

Stefan-flux is a compensating volume flow. The difference in the volume flux from one side to the other is leading to a pressure difference which leads to a flow which is interfering with the diffusion process.

It can occur through:



Single sided diffusion:


One sided exchange of one component through a semi-permeable wall or away from a source (e.g. dry ice sublimating, water evaporating)

Non equimolar diffusion:


Exchange of any non equal amount (volume) of substances in inverse directions of two components (e.g. coke made out of coal)

Food Process Design I

Which type of heat exchanger do you use for a system containing large particles?

CSTR (continuous stirred tank reactor)

Food Process Design I

How does the heat transfer coefficient in a tube change over the length and why?

not sure

When the fluid enters the tube, the flow profile is a "block" (no difference between wall and centre velocity). Therefore the transfer coefficient is higher (?) at that point (beginning of tube). Later on, the flow profile changes to a parabolic (curve like) shape with different velocities at the wall and the centre. This then leads to a different coefficient than from the beginning.

Does that sound right?

Food Process Design I

How does the sorption isotherm shift for a higher temperature and why?

The shift is to a higher aw value with the same product moisture (with higher temperature). This is because warmer air can hold more water than cold air, due to a higher binding energy.

Food Process Design I

Explain the process steps and stages during freeze drying. Does the vacuum pump need to be running during the entire process?

1) Freezing --> freezing rate influences crystal size

2) Drawing vacuum

3) Apply heat for drying by heating plates (--> sublimation ice)

4) Discharge


Vacuum pump doesn't need to be running during the entire process, only when pressure is getting higher again (but just to be sure: let it run all the time)

Food Process Design I

Which water activity is desired to have a microbiological stable product?

0.63 in general

(0.7 molds, 0.75 yeasts, 0.8 bacteria)

Food Process Design I

What is the desired water activity of most food powders and why?

For most food powders a aw value of 0.3 is desired, because here all the reactions are at the lowest point

Food Process Design I

What do you need to solve a partial different equation of first, second and third order?

separation of the variables; first order system; initial and boundary conditions

Food Process Design I

What kind of mass transfer mechanisms are there?

Name dryers with that heat transfer technology.

Convection:

-tray/ cabinet dryer

-fluid bed dryer

-spray dryer

-tunnle dryer

Contact/conduction:

-drum dryer

-freeze dryer

-mixer dryer

Radiation:

-freeze dryer

Food Process Design I

What type of heat exchanger do you use for products with high solid contents?

CSTR (continuous stirred tank reactor)

Food Process Design I

Why are there deviations from the ideal behaviour of diffusion in food?

complex structure (muliphasees, gels, ...)

- intermolecular interactions

- variation of the chemical composition

- parallel chemical reactions


-> matrices can change during storage and processing


=> not ideal condition => instative processes ?

Food Process Design I

Why do plate heat exchangers have a "wavy" surface? What are the advantages and disadvantages of that?

target: high heat transfer, low pressure drops? -> depends on the geometry

Corrugated structure leads to a resistance to flow (with high friction loss) due to the narrow path between the plates. Therefore, there is a large pressure capacity and the flow becomes turbulent along the path. This requires more pumping power than the other types of heat exchangers. A higher pressure leads to a higher heat transfer, both depend on a the corrugated angle

pros: homogeneous flow profil (turbulent flow), higher heat transfer, lower pressure drop?

cons: high friction loss, requires high pumping power

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