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Main Title: Inline-Online Erfassung von Prozessabläufen bei der Extraktreinigung im Zuckerfabrikationsprozess
Author(s): Ajdari Rad, Mohsen
Advisor(s): Senge, Bernhard
Kunnzek, Herbert
Mauch, Wener
Granting Institution: Technische Universität Berlin, Fakultät III - Prozesswissenschaften
Type: Doctoral Thesis
Language: German
Language Code: de
Abstract: Rheologische Methoden zur Aufklärung ablaufender Vorgänge während der Verarbeitung von Rohstoffen zu Lebensmitteln gehören zu den neueren Untersuchungsmethoden der Lebensmitteltechnik. Ein physikalisches inline-online Messverfahren auf der Molekül- oder Partikelebene dient als analytisches Fenster zur Erfassung und Optimierung ablaufender Verfahrensschritte. Ziel der Arbeit war es, den Stand des Wissens bezüglich des Ablaufs der chemischen bzw. physikalischen Vorgänge in der Extraktreinigung zu erweitern und vertiefen. Es wurden die fluiddynamische Kennwerte des Extraktes in Betriebsversuchen mit Hilfe eines Kapillarviskosimeters und nach ersten Erkenntnissen zum Deformationssystem mit Hilfe des Luftlagerrheometers UDS 200 ermittelt. Zur Erfassung der Veränderungen der rheologischen Eigenschaften in der Extraktreinigungsprozessschritten (Vorkalkung, Hauptkalkung und 1.Carbonatation) sowie zur Ermittlung der Einflussparameter (Temperatur und pH-Wert) auf das rheologische Verhalten der Vorkalkung wurde ein Torsionsschwinger verwendet. Darüber hinaus wurde der Einfluss der Vorkalkungstemperatur auf die Qualität des gereinigten Extraktes und der Einfluss von Dextran auf die Filtrierbarkeit der Calciumcarbonatsuspension der 1.Carbonatation ermittelt und quantifiziert. Bei der Untersuchung von Extrakten mit einem Hochleistungsrheometern wurde ein stark ausgeprägtes nicht Newtonsches Verhalten im Schergeschwindigkeitbereich von 0,1-50 1/s ermittelt. Zur Beschreibung des Deformationssystems wird der Modellansatz von OSTWALD/de WAELE mit einem Bestimmungsmaß von 0,94 0,98 oder geeigneter der 2. Polynominal-Ansatz vorgeschlagen. Das nicht-Newtonsche Fließverhalten des Extraktes nimmt mit zunehmenden Konzentration an hochmolekularen Bestandteilen wie z. B. Pectin zu. Als kritische Pectinkonzentration für den Umschlag des Deformationssystems wird eine Konzentration >2g/l ermittelt. Die Untersuchungsergebnisse zeigen, dass die chemischen und physikalischen Vorgänge in der Vorkalkung und der 1. Carbonatation einen großen Einfluss auf die rheologischen Kennwerte des Extraktes und des hauptgekalkten Extraktes ausüben. Die Auswertung des Viskositätsverlaufes in den genannten Prozessschritten der Extraktreinigung ermöglicht ein besseres Verständnis der ablaufenden chemischen/physikalischen Reaktionen und Strukturierungsmechanismen. Von Bedeutung ist die mögliche Nutzung der Prozessviskosität in diesen Prozessabläufen als Führungsgröße zur optimierten Technologiegestaltung. Aus den ermittelten Erkenntnissen können die optimalen pH-Wert-Führung des Prozesses bei der Vorkalkung abgeleitet werden. Durch die Berechnung der Geschwindigkeit der Viskositätsänderungen während der Vorkalkung besteht die Möglichkeit, den optimalen pH-Wert-Endpunkt der Vorkalkung festzulegen. Weiterhin wurde der Einfluss der Vorkalkungsemperatur auf die Lage des pH-Wertes am optimalen Flockungspunkt bestimmt und die Temperaur-Verweilzeit-Korrelation der Vorkalkung bei einstufiger bzw. progressiver Vorkalkung quantifiziert. Über die Messung des Viskositätsverlaufes der 1. Carbonatation entsteht eine weitere Möglichkeit auf rheologischem Wege den optimalen pH-Wert-Endpunkt der 1. Carbonatation als neue Methode zu bestimmen. Es wurde festgestellt, dass die Vorkalkungstemperatur einer bedeutende Einfluss auf die Qualität des gereinigten Extraktes ausübt. Allgemein kann konstatiert werden, dass die kalte Fahrweise der Vorkalkung einen positiven Einfluss auf die Zunahme der effektiven Alkalität und des Extraktreinigungseffektes sowie einen positiven Einfluss auf die Abnahme der Farbe des gereinigten Extraktes und des Dicksaftes und auf die Abnahme des Kalksalzgehaltes des gereinigten Extraktes liefert. Es bestätigte sich, dass die Zunahme der Dextrankonzentration sowohl in der Modelllösung als auch in den Extrakten aus großtechnischen Anlagen zur Verschlechterung der Filtrierbarkeit der Calciumcarbonatsuspension der 1. Carbonatation durch Neigung zur Feinpartikelbildung infolge der Ausbildung sphärischer Barrieren zwischen den CaCO3-Kristallen und zur Zunahme der Viskosität des Filtrates der 1. Carbonatation führen kann.
URI: urn:nbn:de:kobv:83-opus-3662
http://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/761
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-464
Exam Date: 2-Jul-2002
Issue Date: 17-Sep-2002
Date Available: 17-Sep-2002
DDC Class: 660 Chemische Verfahrenstechnik
Subject(s): Extraktreinigung (juice purification)
Fluiddynamik (fluiddynamic)
Prozessoptimierung (process optimization)
Zuckerherstellung (Sugar Manufacture)
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