15.05.2018

Frequenzumrichter in der Molkeaufspaltung

Konzentriertes Filtern

Bei der Käseherstellung bleiben große Mengen an Molke übrig. Dieses Nebenprodukt ist reich an wertvollen Stoffen für die Weiterverarbeitung in der Lebensmittelherstellung, Pharmazie oder auch Chemie: Bestandteile wie Proteine, Laktose und Laktoferrin sind hier sehr gesucht. Die Firma Milei hat sich darauf spezialisiert, genau diese Stoffe im großen Stil aus der Molke zu separieren und für die Weiterverarbeitung aufzubereiten. Um die dafür nötigen, energieaufwendigen Prozesse effizient zu gestalten, steuern moderne Frequenzumrichter sämtliche Elektromotoren der Anlage - insgesamt rund 1.000 Stück.


Bild: Danfoss GmbH

Auf 15.600m² errichtet der Hersteller seit März 2014 am Standort Leutkirch eine neue Produktion, genannt Milei 2.0. Die letzten Bauarbeiten sollen 2018 abgeschlossen sein. Insgesamt stehen dann mehr als 30.000m² zur Verfügung, um Molke und Milch zu separieren und weiterzuverarbeiten. Die Anlage setzt einen Herstellungsprozess um, bei dem sich die hochwertigen Erzeugnisse energieeffizient produzieren lassen. Die Produktionsanlage soll im Endausbau mehrere Mio. Liter Molke pro Tag verarbeiten, der Ausstoß an daraus gewonnenen, wertvollen pulverförmigen Inhaltsstoffen von Laktose bis Lactoferrin beträgt ca. 180t pro Tag.

Anlagentechnik: Alles unter Dach und Fach

Seit 2014 realisiert Tetra Pak als Generalunternehmer für Elektro- und Anlagentechnik die Produktionsstätte, die - z.B. für die Herstellung von Säuglingsnahrung - hohen Anforderungen gerecht werden muss. Gleichzeitig soll sich das Gebäude harmonisch in die Landschaft einfügen. Denn hinsichtlich der angrenzenden Natur- und Wasserschutzgebiete, legt Milei Wert darauf, vor allem beim Bau des Außengeländes auf bestmöglichen Naturschutz in Kombination mit geringem Energieaufwand zu achten. Verbaut sind in dem Gebäude mit über 30m Höhe rund 450km Kabel für die Anbindung aller Geräte an die insgesamt elf Schalträume, in denen die Elektrotechnik untergebracht ist sowie an die zentrale Leitstelle. Als Antriebe kommen rund 680 frequenzumrichtergeregelte Motoren im Prozess zum Einsatz sowie weitere 250 in Hilfsprozessen wie Lüftung, Heizung oder Klimatisierung. Alle Umrichter kommen aus dem Hause Danfoss, 150 der Geräte sind mit der Safety-Option MCB 108 ausgestattet. Als Bussystem wird Profinet für die Vernetzung aller Geräte verwendet.

Funktion der Anlage: Filtertechnik vom Feinsten

Per LKW wird die Molke zur Anlage transportiert und gelangt über drehzahlgeregelte Pumpen zunächst in die Tanks. Anschließend wird das angelieferte Molkenkonzentrat einem Verdünnungsvorgang unterzogen, damit es zu verarbeiten ist. Von dort aus wird die Flüssigkeit zu den verschiedenen Prozessbereichen gepumpt und die Molke in verschiedenen Filtrierschritten praktisch vollständig in ihre Bestandteile zerlegt. In allen Arbeitsschritten kommen drehzahlgeregelte Pumpen und Antriebe zum Einsatz, die dafür sorgen, dass in den Prozessen exakt die benötigten Mengen fließen. Die konzentriert angelieferte Molkeflüssigkeit enthält eine Reihe gelöster oder fein verteilter Bestandteile unterschiedlicher Molekül- bzw. Teilchengrößen. Durch Verwendung verschieden feinporigen Membranen lassen sich genau die gewünschten Bestandteile von der ursprünglichen Flüssigkeit anhand ihrer Größe bzw. Eigenschaften abtrennen. Eine starke, parallel zur Membran fließende Strömung verhindert, dass sich die Membranoberfläche im Laufe dieses Verfahrens verstopfen, deswegen wird es auch als Cross-Flow-Filtration bezeichnet. Dabei ist es im Gegensatz zur Tiefenfiltration möglich, das Filtrationsverfahren ohne Zusetzen eines Filters und ohne Einschränkung der gewünschten Eigenschaften kontinuierlich durchzuführen. Diejenigen Bestandteile, die kleiner sind als die Membranporen, durchdringen durch eine Druckdifferenz die Membran: das sogenannte Permeat. Alle übrigen Bestandteile verbleiben als Retentat. Diese Flüssigkeit führt man dann dem nächsten Trennschritt zu, um einen weiteren Stoff herauszulösen.

Intralogistik: Pumpen, pumpen, pumpen...

Der Hersteller verarbeitet pro Tag das Äquivalent von etwa 5Mio. Liter Molkeflüssigkeit. Das tatsächliche Volumen der täglichen Anlieferung ist jedoch weit geringer, weil die Molke konzentriert ankommt. Üblicherweise konzentrieren Käsereien und milchverarbeitende Betriebe die Molke auf ein zehntel oder zwanzigstel der Ursprungsmenge, um das Transportaufkommen zu reduzieren. Durch die kontinuierlich laufenden Prozesse darf die Zufuhr nicht stocken, da sonst die Produkte in den Trocknern und Filteranlagen eindicken würden. Das hätte gravierende Folgen, da die Anlage bei einem ungeplanten Stillstand sehr schwer zu reinigen und wieder in Betrieb zu nehmen ist. Auch deswegen sind die Pumpenantriebe frequenzumrichtergesteuert: Dies erhöht die Zuverlässigkeit und erlaubt eine bessere Überwachung der Antriebe.

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Filterprozesse und ihre Eigenschaften

Sowohl die alten als auch die neuen Anlagen verarbeiten kontinuierlich Molke und spaltet diese durch viele verschiedene Prozesse von Ultrafiltration bis hin zur Umkehrosmose in ihre Bestandteile auf. Neben der Aufspaltung erfolgt in den Prozessen gleichzeitig auch eine kalte Bakterienreduzierung. Die eingesetzten Filtrationsverfahren aus dem Bereich der Membrantechnik eignen sich dazu, makromolekulare Substanzen und kleine Partikel aus dem Medium abzutrennen und zu konzentrieren. Anwendung finden hier unterschiedliche Filtrationsstärken: Liegt die Ausschlussgrenze bei 100nm oder darüber, spricht man von Mikrofiltration, wenn es zwischen 2 und 100nm sind, spricht man von Ultrafiltration. Bei der Nanofiltration liegt die Ausschlussgrenze unterhalb von 2nm. Der Hersteller gewinnt so die besonderen Inhaltsstoffe von Molke bzw. Milch. Die Stoffe finden vielfach in der Lebensmittel- oder Pharmatechnologie, als Säuglingsnahrung sowie in der Kosmetik Einsatz. Neben Laktose gibt es entmineralisiertes Molkenpulver, Proteinkonzentrat sowie Laktoferrin als einige der wichtigsten Produkte.

Fazit

Der reine Umfang der Anlagentechnik und der komplexe Aufbau der zahlreichen, miteinander kombinierten Filteranlagen fordert alle Beteiligten: 1.000 Frequenzumrichter mit einer Gesamtleistung von über 4,5mm und 450km Kabel sprechen für sich selbst. Am Ende garantieren die zuverlässigen, energieeffizienten kontinuierlichen Prozesse eine hohe Produktqualität.

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