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  • AutorenbildJürgen Gärtner; Dr. Dimitrij Bieren; Oleg Verechshagin

Kavitationsaggregate in der Stärke Produktion

Zur Entwässerung der Stärkemilch sowie bei der Extrahierung der konzentrierten Stärke kann anstelle von klassischen Hydrozyklonen der Separator von RAPTECH eingesetzt werden. Mit einem Kavitationsmodul kann zudem die Stärkeausbeute durch die Zerkleinerung der Zellmembranen verbessert werden.


Stärke ist ein wertvolles nährstoffreiches Kohlenhydrat, das der menschliche Körper für seine lebenswichtigen Funktionen, wie z.B. Energieversorgung, Muskelerhaltung und Verdauung benötigt. Dieses bedeutende Produkt wird durch die Verarbeitung pflanzlicher Rohstoffe und die anschließende Stärke Isolierung gewonnen.


Es spielt keine Rolle, wie und aus welchen Rohstoffen die Stärke gewonnen wird, die Technologie zu ihrer Gewinnung ist ähnlich. Im Allgemeinen läuft der Herstellungsprozess gleich ab: Das Ausgangsmaterial wird zerkleinert (mahlen, schneiden), dann wird die Stärke mechanisch mit Filtern oder Sieben (nach Größe) oder mittels Gravitations- und Zentrifugalkräften (nach Gewicht) getrennt, danach erfolgt die Entwässerung und Trocknung der extrahierten Stärke.


Der technologische Prozess der Stärke-Herstellung aus Kartoffeln läuft bei näherer Betrachtung in den wichtigsten Phasen wie folgt ab:


Waschen und Wiegen

Zerreiben der Kartoffeln

Stärke-Extraktion aus Brei

Trennung und Waschen von Zellstoff

Raffinierung der Stärkemilch

Waschen der Stärke

Entwässerung/Trocknung

Pressen

Verpackung.


Die Kartoffeln für die Stärke-Produktion laufen vom Lager über ein Förderband in die Produktion. Während des Transportes erfolgt die Trennung der Kartoffeln von groben Verunreinigungen wie Erde, Steine, Sand usw. Dann werden die Kartoffeln in speziellen Waschmaschinen gewaschen, um auch tiefere Verunreinigungen zu beseitigen. Das Gewicht der Kartoffeln wird nach der Kartoffelwaschanlage kontrolliert.


Anschließend werden die Kartoffeln mit einem Mahlgrad von 85–95% zu Brei zermahlen. Der entstandene Brei besteht aus aufgerissenen Zellwänden, Stärkekörnern und stärkehaltigem Kartoffelsaft. Danach wird der Brei mit hilfe von kontinuierlichen horizontalen Schneckenzentrifugen oder hydraulischen Zyklonen von überschüssiger Feuchtigkeit getrennt. Kondensierter Brei fließt anschließend in einen Hydrozyklon-Block, um den Zellstoff abzutrennen, der nach dem Waschen als Viehfutter verwendet wird. Das Hauptprodukt ist eine dicke Stärke Suspension mit einer Stärke Konzentration von 37–40%.


Für das Auswaschen der restlichen Stärke erfolgt die Verdünnung der hergestellten Suspension mit Wasser. Es entsteht Stärkemilch. Für die Verlängerung der Haltbarkeit des fertigen Produkts wird die Stärke in Hydrozyklonen konzentriert und getrocknet. Nach der Verpackung ist die Stärke lagerfähig oder gelangt direkt in den Verkauf.


Während der Stärke-Herstellung entsteht zudem ein Nebenprodukt – der Zellstoff. Durch das Mischen von stärkefreiem Fruchtfleisch und Kartoffelsaft entsteht Futter für Nutztiere. Die schematische Darstellung der Stärke-Produktion mit der Ergänzung durch RAPTECH-Separator sowie RAPTECH-Kavitationsmodul ist Abb. 1 zu entnehmen.




Abb. 1: Schema der Stärkeproduktion mit integriertem RAPTECH-Kavitationsmodul


Kavitationstechnologie


Seit 2016 arbeitet die RAPTECH Eberswalde GmbH an der Entwicklung einer Möglichkeit, den steuerbaren Kavitationseffekt in den Dienst der Menschen zu stellen. Die Industrialisierung der Kavitationstechnologie verlangt nach permanenter Forschung, Entwicklung und Optimierung. In diesem Zusammenhang wurde im Mai 2021 am Standort Eberswalde eine Pilotanlage im industriellen Maßstab aufgebaut und erfolgreich in Betrieb genommen.


Die Ultraschall-Akustik-Durchfluss-Technologie von RAPTECH ermöglicht die Vertiefung der vielseitigsten Prozesse wie Mischung, Homogenisierung und Trennung von verschiedenen Medien und verbessert die Verbrauchseigenschaften von Fertigprodukten. Der Einsatz dieser Technologie ist in verschiedenen Industriebereichen möglich: Ölraffination und Kraftstoffherstellung, Farbenherstellung, chemische Industrie, Bauwesen, Energieumwandlung und vor allem auch in der Lebensmittelproduktion.


Gleichzeitig arbeitet RAPTECH an der Entwicklung und Verbesserung von Verfahren und Vorrichtungen zur Trennung von Emulsionen und Suspensionen. Eine solche Entwicklung ist der RAPTECH-Separator (UADA-Abscheidemodul). Die Vielseitigkeit und Kompaktheit seines Designs bestimmt seinen Einsatz in verschiedenen Produktionslinien mit Trennoperationen, unabhängig vom Produktionsbereich.


Separator zur Effizienzerhöhung


Ein innovatives Beispiel des Einsatzes des Separators ist die Entwässerung der Stärkemilch sowie die Extrahierung der konzentrierten Stärke während der Stärke-Produktion sowohl für Lebensmittel als auch für technische Zwecke (Abb. 2).




Abb. 2: RAPTECH-Separator


Für die Effizienzerhöhung und die zeitliche Verkürzung der Stärke-Produktion bietet die Technologie die Möglichkeit, energieintensive hydraulische Zyklonen durch effizientere und kompaktere UADA-Separatoren auszutauschen. Im Gegensatz zu klassischen Hydrozyklonen führt der RAPTECH-Separator die abzuscheidende Flüssigkeit von oben und nicht tangential von der Seite zu.


Dies dient der Optimierung des Platzbedarfs bei der Anlagenkonfiguration und Nutzung des wertvollen Produktionsraumes. Für die Trennung des Gemisches im Bereich der Zentrifugalkräfte erfolgt die Verdrillung der Strömung mithilfe einer einzigartigen Wirbelplatte im RAPTECH-Separator.


Bei dem von RAPTECH entwickelten Separator erfolgt die Trennung der Stärkefeststoffpartikel und des Wassers in der Einwirkungszone der Zentrifugalkräfte. Die Stärke wird als schwerere Substanz an die Separator-Wand gepresst, das Wasser wird in die Mitte des Separators ab- geleitet.


Im Gegensatz zu klassischen Hydrozyklonen ermöglicht der Einsatz dieses Separators eine Steigerung der Intensität der Stärkefreisetzung durch Erhöhung der Wirbelgeschwindigkeit der Strömung und des einstellbaren Abstandes des Abscheiders für die Anpassung der Trennung der beiden Phasen.


Das Design des Separators ermöglicht es, Platz in der Produktionslinie zu sparen, weil die Richtungsänderung des Flüssigkeitsstroms bei gleichzeitiger Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit direkt im Separator erfolgt und nicht außerhalb des Separators, wie dies bei klassischen Hydrozyklonen der Fall ist. Die Trennung der Phasen erfolgt am Boden des Separators, was sich ebenfalls auf die Kompaktheit des Gerätes und der Anlage positiv auswirkt.


Die patentierte Konstruktion der Wirbelplatte erlaubt einen exzellenten Aufbau der Strömungsrichtung der abzuscheidenden Flüssigkeit und eine gleichzeitige Beschleunigung der aufgebauten Strömungen. Durch eine spiralförmige Bewegung entlang der konischen Oberfläche innerhalb des Trennkörpers wird die Mischung getrennt. An der Unterseite der Kegelfläche befindet sich ein Strömungsabscheider.


Hier werden die leichteren und die schwereren Phasen voneinander getrennt. Die leichtere Phase wird durch die Trennkammer in die „wässrige“ Leitung geführt, die „schwere“ Phase bleibt in der Hauptleitung. Der Strömungsabscheider ist so konzipiert, dass der Trenngrad des Modules je nach der Dichte des Endprodukts angepasst werden kann.


Verbesserte Stärkeausbeute


Ein weiterer Anwendungsfall für die RAPTECH Entwicklungen ist die Verarbeitung von Nebenprodukten mit RAPTECH-Kavitationsmodulen zur Erhöhung der Stärke-Ausbeute aus einer einzigen Rohstoffcharge.


Beim Stärke-Produktionsprozess entsteht aufgrund der unvollständigen Zerkleinerung der Stärkemoleküle das Nebenprodukt Kartoffelpülpe, welches entwässert und mit Kartoffelsaft vermengt ein nährstoffreiches Nutztierfuttermittel ergibt.


Die Essenzdes Verfahrens bestehtzusätzlich darin, das Nebenprodukt mit Wasser vorzumischen, bis eine flüssige Mischung entsteht. Die hergestellte Mischungwird durch das RAPTECH-UADA-Kavitationsmodul (Abb. 3) geführt. Mittelsder Kavitationstechnologie wird die Stärkeausbeute durch die Zerkleinerung der Zellmembranen verbessert. Die nachfolgenden Schrittedes Stärke-Herstellungsprozesses verlaufenunverändert gemäß der allgemein anerkannten Technologie.




Add. 3: UADA-Kavitationsmodul


Die Anwendung des vorgeschlagenen RAPTECH-Separators und des UADA-Kavitationsmoduls, wie in Abb. 3 dargestellt, in einer bestehenden Produktionsanlage führt zur Erhöhung des Stärke–Gewinnungsgrades, zur Verkürzung der Produktionszeit, zur Verkleinerung der Produktionsanlage und schließlich zur Reduzierung der Verbrauchskosten der Stärke-Produktion.


Dank Erfahrungen in verschiedenen Branchen adaptieren die Ingenieure von RAPTECH die unternehmenseigenen Entwicklungen erfolgreich für den Einsatz in jeder neuen Situation. Neben den bereitsbeschriebenen Entwicklungsbereichen wird auch an der Gewinnung thermischer Energie mittels steuerbarem Kavitationseffekt gearbeitet.


Das Projekt befindet sich noch im Stadium der wissenschaftlichen Entwicklung und experimentellen Testung des Prototyps eines Thermo-Kavitationsaggregates.


Autoren: Jürgen Gärtner, Dr. Dimitrij Bieren, Oleg Verechshagin, RAPTECH Eberswalde GmbH

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