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Studie_Ressourceneffizienz_2015

Ressourceneffizienz in der Ernährungswirtschaft Kapitel 3 | Bewertung der Energieeffizienz 3.2.4 Homogenisierung Ein wichtiger Prozess in der Milchindustrie ist die Homogenisierung. Rohmilch neigt, wie alle Emulsionen, zum Aufrahmen, da das enthaltene Fett teilweise in großen Tropfen vorliegt. Dieser unerwünschte Effekt wird durch eine Homogenisierung unterbunden bzw. stark verlangsamt. Bei der Homogenisierung wird die Milch unter hohem Druck durch enge Spalte gedrückt, die nur wenig größer als die Fettkugeldurchmesser selbst sind. Bei den typischen Vordrücken von bis zu 300 bar kommt es im engsten Spaltbereich unter starkem Druckabfall zu einer Beschleunigung der Flüssigkeit auf Geschwindigkeiten von bis zu 250 m/s. Dabei treten enorme Scherkräfte und z.T. auch Kavitation auf. Die größeren Fettkügelchen deformieren und zerfallen letztlich in kleinere Tröpfchen von weniger als 1 μm Durchmesser. Die Anzahl der Fettkügelchen steigt dabei um den Faktor 400 bis 1.000 an. Das Kernstück eines Homogenisators ist die dreizylindrige Hochdruck-Kolbenpumpe mit zwei Homogenisierstufen. Neben dreizylindrigen Kolbenpumpen werden aus Gründen gleichmäßigerer Fördercharakteristika auch fünf- und siebenzylindrige eingesetzt. Zweistufiges Homogenisieren Das zweistufige Homogenisieren dient dazu, die zerkleinerten Fettkügelchen, die sich teilweise nach der ersten Stufe zu Agglomeraten vereinigen, wieder zu dispergieren. Durch geeignete Düsenkonstruktionen sowie den Einsatz von Prall- und Druckeinstellringen ist es auch möglich, beide Effekte (Fettkugelzerkleinerung und Dispergierung) in einer Stufe zu vereinigen. Die meisten Homogenisiermaschinen arbeiten jedoch mit dem beschriebenen zweistufigen Verfahren. Die prozesstechnisch optimale Temperatur für die Homogenisierung liegt zwischen 60 und 70 °C. Der Leistungsbedarf der Homogenisierung ist direkt proportional zum Volumenstrom und zur aufgebrachten Druckerhöhung. Bei einer mittleren Vollmilchdichte von 1.015 kg/m3 und einer Temperatur von 60 °C ergibt sich ein massenspezifischer Energiebedarf von 12,3 bis 24,6 kJ/kg bezogen auf die homogenisierte Milch. Für die Prozessoptimierung aus energiewirtschaftlicher Sicht bieten sich mehrere Ansatzpunkte: Teilstromhomogenisierung (Simultanes Homogenisieren und Mischen) Bei der Teilstromhomogenisierung werden nur 18 bis 27 % des Gesamtmilchstromes homogenisiert, die sich aus dem abgeschiedenen Rahm und einer definierten Menge an Magermilch zusammensetzen. Nach der Homogenisierung wird diesem Teilstrom mit hohem Fettgehalt erneut Magermilch zugeführt, um den gewünschten Fettgehalt einzustellen. Für Frischmilch ist das Prozessergebnis völlig ausreichend. Der Energiebedarf wird so im Vergleich zur Vollstromhomogenisierung um 75 bis 80 % reduziert. Seite 67 von 230


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