Laborübung zu Mechanische Verfahren

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1 Prof. Dr.-Ing. Günther Lübbe Ass. Dipl. Ing. Pia Heser Hochschule Trier Lebensmitteltechnik Trier, Laborübung zu Mechanische Verfahren Versuch: Sedimentation und Filtration Versuchsdurchführung - Fertigen Sie jeweils eine schematische Skizze zum Versuchsaufbau an. - Messen Sie die Trübung an den entscheidenden Prozessstellen - Protokollieren Sie alle notwendigen technischen Daten und Versuchdaten. Separator Das zu bearbeitende Getränk wird vor der Filtration im Klärseparator vorgeklärt. 1 Zulauf 2 Teller 4 Greifer für leichte Phase 5 Feststoffraum 6 Austrittspalt 7 Steuergerät 8 Schließkammer 9 Steuerwasserventil 10 Öffnungskammer 11 Ablauf für schwere Phase 12 Kolbenschieber 13 Spindel 14 Ablaufbohrung 15 Ablauf für leichte Phase Beim Betrieb des Separators als Klärseparator wird zum Verschluss der Steigkanäle der Abschlussteller (ohne Löcher) unter den Tellereinsatz auf den Verteiler gelegt. Diese Anordnung bewirkt, dass die zu klärende Flüssigkeit zunächst in einen Bereich höchster Zentrifugalbeschleunigung geleitet und dann von außen her durch den Tellereinsatz geführt wird. Dadurch kann die ganze vorhandene Tellerfläche ausgenutzt werden. Beim Betrieb als Trennseparator wird der Abschlussteller oben auf den Tellereinsatz montiert. 1/6

2 Arbeitsschritte: 1. Pumpenförderleistung ermitteln. 2. Vor jeder Inbetriebnahme des Separators prüfen, ob a) Trommel-Feststellschrauben zurückgedreht sind, b) Bremse durch Rechtsdrehen des Griffes gelöst ist, c) Getriebekammer mit genügend Öl gefüllt ist (Schauglasmitte) d) Spannklauen an der Haube und Griffkörper am Schleuderanschluss fest angezogen sind. 3. Separator mit Wasser füllen 4. Motor einschalten und warten bis die Trommel die vorgegebene Drehzahl von 8040 U/min erreicht hat. 5. Steuerwasserventil (9) mehrmals kurzfristig öffnen und dadurch Wasser in die leere Schließkammer (8) unter den Kolbenschieberboden leiten, damit sich die Trommel schließt. 6. Prüfen ob die Trommel dicht ist, und vor Zuführung des Schleudergutes mit Wasser eine Probenentschlammung durchführen (Reinigungstaste am Steuergerät einmal bedienen!). 7. Schleudergut langsam zuführen und die gewünschte Stundenleistung einstellen. Die stündliche Leistung des Separators hängt von der Viskosität, der Temperatur, vom Unterschied (Delta) der Dichten der Feststoffe und der Trägerflüssigkeit, von der Beschaffenheit der zu entfernenden Feststoffe und vom geforderten Reinheitsgrad der geklärten Flüssigkeit ab. Falls der geforderte Reinheitsgrad nicht erreicht wird, kann der Kläreffekt dadurch verbessert werden, dass man die Stundenleistung reduziert und die Verweilzeit des Schleudergutes in der Trommel verlängert. 8. Den Druck in der Ablaufleitung mit dem Nadelventil so einstellen, dass die ablaufende Flüssigkeit klar ist. Das Ventil kann bis etwa 0,4 bar gedrosselt werden. Bei zu hohem Druck tritt Überlauf am Separator ein. 9. Während des Separierens überzeugt man sich von Zeit zu Zeit an dem Schauzylinder oder an den Abläufen, ob das Ergebnis zufrieden stellend ist. In diesem Versuch wird jede Minute das Volumen des Klarlaufs und alle 5 Min. sowie vor und nach einer Entschlammung die Trübung gemessen Messung der Trübung: Trübungen in Flüssigkeiten werden mit Nephelometern bestimmt. Dabei wird der Tyndall-Effekt der suspendierten Partikel ausgenutzt. Die Maßeinheit ist FTU (Formazin-Trübungs-Units). Wird die ablaufende geklärte Flüssigkeit nach einer gewissen Laufzeit trüb, so ist der Schlammraum der Trommel mit Feststoff gefüllt und die Trommel muss entschlammt werden. 2/6

3 10. Abstellen des Separators: Produkt mit Wasser verdrängen. Trommel mit Wasser spülen und mehrmals entschlammen. CIP-Programm starten. Motor ausschalten und evtl. Bremse durch Linksdrehen des Griffes anlegen. KEIN TEIL AM SEPARATOR LÖSEN VOR STILLSTAND DER TROMMEL! Beim Stillstand der Trommel darauf achten, dass das Steuerwasserventil geschlossen ist, weil sonst Wasser in das Getriebe gelangen kann. Steuerwasserleitung und Druckluft am Hauptanschluss abstellen. Filtration Das vorgeklärte Getränk wird mit einem Schichtenfilter filtriert: Ermitteln Sie den Wasserdurchfluss-Wert des Filters (Wasserwert Ww = Durchlaufgeschwindigkeit von reinem Wasser durch z.b. 1m² Filterfläche während einer Stunde bei 1 bar und einer bestimmten Temperatur). Gleichzeitig werden die Filterschichten gewässert, um haftende Fasern und Partikel zu entfernen und Schichten- und Papiergeschmack zu vermeiden. Filtrieren Sie bei möglichst konstanter Druckdifferenz (Δp). Erfassen Sie die Druckdifferenz und die dazu entsprechende Filtratmenge sowie die Trübungswerte während der Filtration. 3/6

4 Auswertung Separator Fertigen Sie ein RI-Fließbild an. Stellen Sie das Volumen, die Trübung und die Phasen der Separation über der Zeit dar. Berechnen Sie das optimale Zeitintervall t zwischen zwei Entschlammungsvorgängen über die Massenbilanz und den zu bestimmenden Schlammraum. Gegeben 1060 / ³ Ermitteln Sie die Partikelgröße, die theoretisch im Zentrifugalfeld abgeschieden wird und vergleichen Sie diese mit den Ergebnissen des Absetzversuchs im Standzylinder. Zentrifugalfeld: Gesetz von Stokes: ² Gegeben η = 2 mpas Berechnen Sie die Schleuderzahl K z. 4/6

5 Filtration Erstellen Sie eine Pumpenkennlinie. Ermitteln Sie an Hand der Ergebnisse aus dem Vorversuch den maximalen Durchfluss während der Filtration (siehe Angaben unten). Fertigen Sie ein RI-Fließbild an. Stellen Sie den Volumenstrom sowie die Trübung über der Zeit in Form eines x-y Diagramms dar. Ermitteln Sie die Feststoffkonzentration (c v ). t * p Stellen Sie über V grafisch dar und bestimmen Sie die Filtergerade V mit der Methode der kleinsten Quadrate. Anschließend bestimmen sie den mittleren spez. Kuchenwiderstand α und den Widerstand des Filtermittels β. Ermitteln Sie die Filterfläche die benötigt wird, um 10 m³ in einer Stunde zu filtrieren. Gegeben: - zulässige Durchflussmenge nach Troost 25l/h für 1 Schicht 20x20 cm (wirksame Filterschicht = 0,031m²) - 6 Schichten werden in unserem Versuch eingesetzt 5/6

6 Anhang 6/6