Wirtschaftliche Kriterien für die Einführung kontinuierlicher Prozesse - Kontinuierliche Lebensmittelproduktion, aber mit Augenmaß.

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1 Wirtschaftliche Kriterien für die Einführung kontinuierlicher Prozesse - Kontinuierliche Lebensmittelproduktion, aber mit Augenmaß. 1.) Vorteile von Konti-Prozessen an Beispielen - Arbeitsproduktivität - Investitionen - Ausbeute und Qualität 2.) Grenzen von Konti-Prozessen - Umfeldfaktoren - Prozesskinetik - Prozessketten 3.) Forschungsbedarf aus Sicht der Industrie

2 Übergang vom Batch- zum Konti-Prozess am Beispiel der Zuckerrüben-Extraktion ausgelaugte Schnitzel Frischwasser Diffusionsbatterie 10 9 usw. 2 1 Diskontinuierliche Gegenstromextraktion - Phasen: Rohsaft frische Schnitzel Typisch: 8 14 Diffuseure Entleeren des letzten und Befüllen des ersten Diffuseurs von/mit Rübenschnitzeln. Drücken : Zufuhr von Frischwasser in den letzten Diffuseur -> Safttransport durch die gesamte Batterie Maischen : Keine Wasserzufuhr, kein Safttransport -> Diffusionsgleichgewicht stellt sich ein. Historische Zuckerfabrik Oldisleben Thüringen

3 Schnitzel Übergang vom Batch- zum Konti-Prozess am Beispiel der Zuckerrüben-Extraktion Konti-Extraktionsturm Quelle: Zuckertechnologie, BARTENS-Verlag Wasser/Saft Quelle: BMA, Braunschweig Betriebsweise des Extraktionsturms: Kontinuierliche Gegenstromextraktion - Brühen der Schnitzel in der Maische - Kontinuierliches Einpressen der Schnitzel in den Extraktionsturm von unten. - Kontinuierliche Zufuhr von Frischwasser in den Extraktionsturm von oben - Abzug des Rohsaftes über die Maische. Quelle: MAGUIN

4 8 14 Diffuseure Vorteile von Konti-Prozessen - Produktivität 1.) Konti Prozesse lassen sich gut automatisieren 2.) Konti Prozesse eignen sich i.a. gut für den Scale-Up Senkung von Lohnstückkosten 1.) Automatisierung 2.) Scale-Up Produktion um 1900: Zuckerfabriken in Deutschland - Anlagenkapazität: n. 100 t Rüben pro Tag - ca. 50 Mannstunden pro Tonne Zucker ausgelaugte Schnitzel Frischwasser Produktion heute: - 20 Zuckerfabriken in Deutschland t Rüben pro Tag - ca. 2 Mannstunden pro Tonne Zucker Rohsaft frische Schnitzel

5 Technische Voraussetzungen für Konti-Prozesse und Scale Up Konzepte für Konti-Prozesse oft wesentlich älter als deren erste leistungsfähige Ausführungsformen! Deutsches Reichspatent 1879 Technische Voraussetzungen für Konti-Prozess und Scale Up: Werkstofftechnik Behälterbau Antriebstechnik Mess- und Regeltechnik

6 Anfänge der Konti-Prozesstechnik Beispiel: Durchflussregelung in Abhängigkeit von der Antriebsleistung: Der Rüttelschuh Darum klappert die Mühle am rauschenden Bach!

7 Einsparung von Personalkosten ist nicht mehr das Hauptziel für Konti-Prozesse Automatisierung ist heute nicht mehr nur auf kontinuierliche Prozesse beschränkt. Nahezu jeder Vorgang lässt sich automatisieren. Quelle: FRITSCH GmbH Das Einsparpotential bei Personalkosten ist schon sehr weitgehend ausgeschöpft bzw. lohnt weitere Investitionen nicht mehr

8 Vorteile von Konti-Prozessen - Investitionskosten Konstruktives Design orientiert sich primär an Befüll- Entleervorgang Konstruktives Design orientiert sich an maximaler Mischintensität Volumen ca. 300 l, Nutzvolumen ca. 200 l Volumen = Nutzvolumen: ca. 20 l Befüllen Mix Leeren Befüllen Mix Leeren Start Mix Batch-Mischer: Leistung 500 l/h Konti-Mischer: Leistung l/h Konti Batch l/h Durchsatz 20 l Nutzvolumen 500 l/h Durchsatz 200 l Nutzvolumen = 100 x Raum-Zeit-Durchsatz!!!

9 Teilumsatz STOP! Vorteil von Konti-Prozessen - Qualitäts-Optimierung und Ausschuß-Minimierung Beispiel: Kontinuierliche Kaffeeröstung Reaktion mit Teilumsatz Maillard Produkte +/- Temperatur +/- Feed Zuckerstoffe Zeit / Umsatz Konti-Röster Quelle: NEUHAUS - NEOTEC On-line Farbmessung Farbe? Besondere Anforderungen an Messsensoren und Regeltechnik!

10 Grenzen von Konti-Prozessen - Umfeldfaktoren Konti-Prozesse sind kaum wirtschaftlich, wenn es um Flexibilität geht: - häufige Produktwechsel mit Zwischenreinigung - kleine Chargengrößen, große Produktvielfalt - diskontinuierliche Produktabnahme Kontinuierliche Prozesse brauchen ein kontinuierliches Umfeld!!!

11 Grenzen von Konti-Prozessen - Prozessgeschwindigkeit Für Prozesse bzw. Reaktionen mit geringen Raum-/Zeitausbeuten lohnt sich die kontinuierliche Führung nicht. Befüll- und Entleervorgänge sind hier unerheblich. Beispiel Fermentation: Batch Fermentation von Wein früher langsame Fermentation Gefahr von Kontamination heute Konti Fermentation von Sauerteig hohe Umsatzraten durchsetzungsfähige Kultur Quelle: REIMELT

12 Grenzen von Konti-Prozessen - Prozessketten Beispiel Glukosefabrik jato Glukosesirup-TS aus Weizen MEHL TEIG STÄRKE-VERZUCKERUNG 1. Mühle 95% 2. Teigbereitung 98% 96% 3. Teig - Dekantation SIRUP 4. Stärke- Wäsche 5. Stärke - Verflüssigung 6. Dextrin - Verzuckerung 93% 97% 95% Einzelverfügbarkeiten in % 7. Rohsirup - Filtration 8. Rohsirup - Entfärbung 9. Sirup- Eindampfung 10. Sirup- Mischung 99% 95% 98% 92% Gesamtverfügbarkeit im Vollkonti-Betrieb ohne Zwischenpuffer =??? 65 %

13 Konti-Prozesse - Forschungsbedarf Weitere Optimierung der Mess- und Regeltechnik zur präzisen Steuerung besonders sensibler kontinuierlicher Prozesse. Maßnahmen zur Verlängerung der Standzeiten kontinuierlicher Prozesse in Bezug auf jegliche Art von Fouling. (Kontamination, Belagbildung, etc. ) Fortschritte in der Strömungsmechanik für schärfere Verweilzeitverteilungen kinetisch empfindlicher Reaktionen. (Bsp.: Konti-Kristallisation) Übertragung neuer Technologien auf kontinuierliche Prozesse (Biotechnologie, Membranverfahren, Hochdruck, Mikrowellen)