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Integrierte Kaskadenschaltung von dynamischen und Crossflow-Membranverfahren zum Hochkonzentrieren von Magermilch und Molke
Projekt
Förderkennzeichen: AiF 16836 N
Laufzeit: 01.01.2011
- 31.12.2014
Fördersumme: 391.300 Euro
Forschungszweck: Angewandte Forschung
Die Reduktion von Emissionen und des Energieverbrauchs ist eine klimarelevante, betriebs- und volkswirtschaftliche Priorität für alle Industriezweige. Allein in der Milchindustrie werden unter großem Energieaufwand in Deutschland jährlich enorme Mengen an Milch konzentriert und anschließend durch Trocknungsverfahren zu Pulvern verarbeitet.
Als Vorstufe vor dem Trocknen werden Milch und Molke aufgrund des besseren Wärmeübergangs durch Eindampfung vorkonzentriert. Trotz technischer Innovationen im Bereich der Eindampftechnik wurde für diesen Produktionsschritt ein kaum mehr weiter reduzierbarer Endstand im spezifischen Primärenergieaufwand erreicht.
Gegenüber der Eindampfung ist die Konzentrierung mittels Umkehrosmose (UO) ein weit energiegünstigerer Prozess, welcher jedoch im möglichen Konzentrierungsgrad (VRF) durch den Deckschichtbildungsprozess sowie den osmotischen Druck des Substrates auf VRF = 2,5 bei Milch und VRF = 3,5 bei Molke beschränkt ist. Teilweise wird auch die Umkehrosmose (UO) oder die Nanofiltration (NF) aufgrund der günstigen Energiebilanz trotz ihrer Limitierung bereits zur Vorkonzentrierung vor der Eindampfung eingesetzt.
Da sowohl bei der Nanofiltration als auch bei der Umkehrosmose die Deckschichtbildung den Flux auf 20-30 % seines Ausgangswertes reduziert, soll im Rahmen des Vorhabens geprüft werden, inwieweit die Deckschichtbildung durch die Vorschaltung einer Ultrafiltration (UF) im energetischen Effekt minimiert werden kann. Mit der Kaskadenschaltung von UF und NF bzw. UO könnte der Konzentrierungsprozess in zwei Teilaufgaben zerlegt werden. Die UF wird dabei unter Einsatz innovativer Membranverfahren, insbesondere von dynamischen Filtrationssystemen zur Hochanreicherung der Proteinfraktion untersucht. Dadurch wird der Effekt der Deckschichtbildung auf ein niedrigeres Druckniveau verlagert und findet auf einem weniger kritischen Energieniveau im Vergleich zu UO und NF statt. Die entstehenden UF-Permeate, also die proteinfreien Milch- und Molkenseren, können folglich durch eliminierte Deckschichtbildung effektiver und unter geringerem Energieeinsatz zu höheren Trockensubstanzgehalten konzentriert werden. Durch Rückverschneiden der Konzentrate aus UF und UO bzw. NF sollen Im Vergleich zu konventionell erzeugten Konzentraten höher angereicherte Gesamtkonzentrate von Milch und Molke entstehen, welche zum einen auf niedrigerem Energieniveau erzeugt werden und was infolge der Hochkonzentrierung zum anderen dazu führt, dass im extrem energieaufwendigen Eindampfungsprozess erheblich weniger Wasser aus dem Produkt entfernt werden muss.
Ziel des Forschungsvorhabens ist es, das Hochkonzentrieren von Magermilch und Molke durch Kaskadenschaltung von Crossflow- und dynamischer Ultrafiltration (UF) sowie Umkehrosmose (UO) bzw. Nanofiltration (NF) als Vorstufe zum Eindampfen zu optimieren und das energetische Potenzial nutzbar zu machen.
Abschnittsübersicht
Fachgebiete
- Verfahrenstechnik Lebensmittel
