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Verarbeitung, 24.11.2012

GERÄTE FÜR DIE OBSTVERARBEITUNG (III)

Geräte zum Pumpen und Filtrieren

Geräte zum Pumpen

Die Anforderungen die heute an Pumpen gestellt werden sind groß. Sie sollen vielseitig einsetzbar, regulierbar, günstig, fremdstoffunempfindlich, selbstansaugend, mobil,  leicht und schnell zu reinigen sein. Bei Maischepumpen und Filtrieren Saft(Most-)pumpen ist vor allem eine schonende Förderung des Gutes erwünscht, zum Filtrieren ist stoßfreies Fördern erwünscht. Außerdem müssen alle mit dem Fördergut in Berührung kommenden Teile der Pumpe aus korrosions- und säurefestem Material hergestellt sein. Von einem einzigen Pumpentyp allein können diese Anforderungen derzeit noch nicht erfüllt werden können.

Prinzipiell unterschieden wir zwischen Verdrängerpumpen und Kreiselpumpen 

Verdrängerpumpen

Impellerpumpe
Impellerpumpen sind Pumpen kleiner und einfacher Bauart, sie sind selbstansaugend, nicht fremdstoffempfindlich, dürfen aber nicht trocken laufen. Impellerpumpen eignen sich gut zum Fördern von Flüssigkeiten und Maischen. Als Förderelement haben sie ein rund laufendes Flügelrad aus Kunststoff. Die Flügel sind biegsam und werden beim Rundlauf unter einer Platte umgebogen. Wenn sich der Flügel wieder aufrichtet, entsteht an dieser Stelle ein Unterdruck, der Maische oder Saft ansaugt. Beim Auslaufstutzen biegt sich der Flügel wieder um, der Kammerraum verringert sich und das Pumpgut wird in den Auslauf gepresst.
 
Exzenterschneckenpumpe
Exzenterschneckenpumpen, auch Monopumpen genannt, sind selbstansaugende, trubstoffunempfindliche Pumpen. Sie eignen sich sehr gut zum Transportieren von Maischen oder Säften. Mit einem Förderschneckenaufsatz kann mit der Monopumpe Steinobst (Zwetschken und Kirschen) gemaischt werden. Weniger gut ist diese Bauart wegen der stoßweißen Förderung zum Filtrieren geeignet.
Die wichtigsten Bauteile einer Monopumpe sind Stator und Rotor. Durch Drehbewegungen des Rotors entstehen Hohlräume im Stator, die sich mit Maische füllen, und sich schraubenförmig zum Ausgang hin bewegen. Der Rotor ist aus Edelstahl, der Stator aus Kunststoff. Auf keinen Fall darf diese Pumpe längere Zeit trockenlaufen, der Rotor würde den Kunststoffstator zerreiben, was neben Verlusten in der Leistungsfähigkeit der Pumpe auch zu einer Geschmacksbeeinflussung führt. 
 
Kreiselpumpen
Kreiselpumpen sind wie Impellerpumpen von kleiner Bauart. Die Laufräder der Kreiselpumpen drehen sich mit hoher Drehzahl. Fast alle Arten von Kreiselpumpen werden für den Transport von Flüssigkeiten und nicht von Maische eingesetzt. Sie fördern gleichmäßig und nicht stoßweise, werden daher hauptsächlich für die Filtration eingesetzt. Ihre Förderleistung hängt von der Förderweite ab, je mehr Widerstand zu überwinden ist, um so geringer ist die Förderleistung. Hauptsächlich werden sie aus Metall gefertigt und sind empfindlich gegenüber Feststoffen.
 
Geräte zum Filtrieren
Die Klarheit von Getränken, mit Ausnahme der bewusst trüb gehaltenen, ist ein wesentliches Qualitätskriterium geworden. Obstbrände werden beim Verdünnen fast immer trüb, bei Obstwein und Fruchtsaft reicht eine Schönung allein nur selten aus, um einen ausreichend blanken Saft zu erhalten. Essig darf keine lebenden Bakterien beim Verkauf enthalten, klarer kalt abgefüllter Essig muss daher durch Filtration keimfrei gemacht werden. Unerwünschte Trübungen werden mit Hilfe von Filtern aus den Getränken entfernt.
Bei der Filtration erfolgt die Abtrennung feinster verbliebener Trubstoffe mit Hilfe einer durchlässigen Schicht. Filterhilfsmittel oder -hilfsstoffe dürfen keine Stoffe abgeben, und sollen nur wenig Einfluss auf Farbe oder Aroma vom Getränk haben.
Zur Filtration von Getränken stehen je nach speziellen Anforderungen mehrere Verfahren zur Verfügung.
 
Kieselgurfilter
Die wirtschaftlichste Art der Filtration trubhaltiger Flüssigkeiten ist die mittels Anschwemmfiltern, die Kieselgurfiltration daher auf größeren Betrieben die am häufigsten eingesetzte Filtrationsart. Dabei wird die Filterschicht durch Aufschwemmen des Filterhilfsstoffes auf ein flüssigkeitsdurchlässiges Filterelement gebildet. Als Filterhilfsmittel finden in der Fruchtsaftindustrie neben dem Kieselgur Perlit und Zellstoff Verwendung.
 
Kieselgur: Wird aus den  Ablagerungen fossiler Kieselalgen, deren Gerüstsubstanz zu etwa 90% aus SiO2 besteht, gewonnen. Kieselgur hat eine sehr hohe spezifische Oberfläche, hat jedoch kein Adsorptionsvermögen.
Perlit: Dies ist ein vulkanisches Gestein das gemahlen und erhitzt (800 bis 1000°C) wird, wobei das in der Kristallstruktur gebundene Wasser verdampft und das Material auf das 15 bis 20-fache Volumen expandiert. Anschließend werden Perlite je nach Verwendungszweck verschieden fein vermahlen. Perlite haben eine beschränkte Klärschärfe und ebenfalls kein Adsorptionsvermögen.
Zellulose: Es wird fein gemahlene gebleichte Buchen‑ oder Fichtenholzzellulose verwendet. Zellulose hat ein sehr geringes Adsorptionsvermögen.
 
Die Kieselgurfiltration eignet sich sehr gut zum Filtrieren von relativ trüben Fruchtsäften oder Obstweinen nach der Gärung. Die Dosage der Kieselgur richtet sich dabei nach dem Trübungsgrad. Stark trübe Produkte benötigen mehr Kieselgur als weniger trübe Produkte. Die Leistung des Filters richtet sich neben dem Trübungsgrad auch nach der Anzahl und der Fläche der Siebelemente.
 
Kieselgurfilter sind liegend oder stehend angeordnete Kesselfilter, bei denen vor der Filtration eine geringe Menge Kieselgur an die Filterelemente angeschwemmt wird.  Während der Filtration wird mit speziellen Kieselgurdosiergeräten dem trüben Getränk ständig Kieselgur zum Aufbau der porösen Schicht zudosiert. Die gebräuchlichsten Geräte haben vertikale oder horizontale Siebelemente. Geräte mit horizontalen Siebelementen haben dabei die größere Verbreitung. Sie ermöglichen ein gleichförmiges Anschwemmen der Filterschicht und vermeiden ein Abrutschen dieser bei Erschütterungen oder Unterbrechungen. Moderne Geräte können durch Rotation der Elemente automatisch ausgetragen werden. Sie können mit Wasser angeschwemmt werden, der Wechsel auf Fruchtsaft stellt kein Problem dar.
Bei Geräten mit vertikal angeordneten Siebelementen liegt der Filterkessel horizontal, ist leicht zu reinigen und der Filterkuchen kann relativ einfach und trocken ausgefahren werden. Die Anschwemmung erfolgt vertikal und deshalb nicht so gleichförmig wie in einem Filter mit horizontalen Filterplatten. Der Filterkuchen ist empfindlich gegenüber Druckabfall (Unterbrechungen des Filtrationsvorganges) und Erschütterungen. Wenn der Filterkuchen einer Siebplatte abrutscht, muss die Filtration unterbrochen und der Filter neu angeschwemmt werden. Bei Beendigung der Filtration ist keine vollständige Entleerung des Unfiltrates möglich, somit treten bei jedem Vorgang Verluste auf. Ähnliche Schwierigkeiten ergeben sich bei einem Wechsel des zu filtrierenden Mediums.
Bei Kieselgurrahmenfiltern werden spezielle Rahmen wie Filterplatten in einem Trägergestell angeordnet. Als Erleichterung können hier wiederverwendbare Trägerschichten eingesetzt werden, die als Träger für den Filterkuchen eingesetzt werden.
 
Schichtenfilter
Schichtenfilter sind kompakte Geräte aus einem Rahmen und quadratischen Filterplatten aus Edelstahl oder Kunststoff. Es gibt sie von Kleinstausführungen mit Handpumpe hin bis zu Geräten im industriellen Maßstab. Um den Zu- und Ablauf der Flüssigkeit zu ermöglichen und um die Filterplatten gleichmäßig anschwemmen zu können, sind sie na ihrer Oberfläche kanalartig gerippt. Zwischen die Filterplatten werden Schichten aus Zellulose, Kieselgur und Perlit eingelegt, die die Trubstoffe aus dem Getränk herausfiltern. Ihre Wirkung beruht auf dreierlei Mechanismen:
 
Oberflächenfiltration: ähnlich der Wirkung eines Siebes werden an der Filteroberfläche Partikel abgetrennt, die aufgrund ihrer Größe den Filter nicht passieren können
Tiefenfiltration: Abtrennung der Trubpartikel aufgrund ihrer Größe im Inneren der Schicht
Adsorptionswirkung: Dabei werden Trubpartikel und Mikroorganismen in der Filterschicht durch Anziehungskräfte zurückgehalten, obwohl sie kleiner als die Poren der Filterschicht sind
 
Schichtenfilter sind einfach hand zu haben, und ermöglichen durch entsprechende Wahl der eingesetzten Schichten unterschiedliche Klärgrade. Entsprechend der Klärschärfe unterschiedet man zwischen Klär- und Entkeimungsschichten. Die Bandbreite an Klärschichten beginnt mit der eine Grobfiltration und reicht hin bis zur Feinfiltration. Filterschichten die Hefen, Bakterien und Schimmelsporen aus den Getränken entfernen, bezeichnet man als Entkeimungsschichten.
Noch vor dem Filtrieren sind die Schichten zu wässern. Dafür wird der Filter gepackt und so lange Wasser mit Wasser beschickt,  bis dieses im Auslauf neutral schmeckt. Andernfalls kann im Produkt ein unerwünschter pappiger, an Papier erinnernder Geschmack auftreten.
Der Trübungsgrad des Getränks beeinflusst maßgeblich die Wahl des notwendigen Schichtentyps. Bei recht trüben Flüssigkeiten würden sich zu feine Schichten zu rasch verlegen, was zu Druckanstieg und rapidem Absinken der Filterleistung führen würde. Stark trubhaltige Getränke sind daher mit möglichst groben Schichten vorzufiltrieren und erst im Anschluss daran mit einer feineren Schicht. Vor einer allfälligen Entkeimungsfiltration beim Füllen von restsüßen Obstweinen (oder Essig) ist eine vorhergehende Feinfiltration notwendig. Außerdem sind Filter, Leitungen und Füller von der Auslaufseite her entweder mit Dampf oder mit einem Desinfektionsmittel zu sterilisieren. Andernfalls kann es in den Leitungen zu einer Reinfektion kommen und die Entkeimungsfiltration hätte ihre Wirkung verloren. Für Obstbrände verwendet man meistens feine, aber noch nicht entkeimende Schichten, diese benötigt man nur in wenigen Fällen.
 
Um eine entsprechende Wahl der Schicht zu ermöglichen, sind die Schichten der meisten Hersteller mit einer Zahlen - Buchstabenkombination codiert, die Klärschärfe resultiert nur aus der Wahl der Schicht. Die Filterleistung kann durch das Einsetzen einer kleineren oder größeren Anzahl von Filterplatten variiert werden. Bei jeglicher Filtration müssen die Angaben der Hersteller der Filterschichten beachtet werden.
 
Kerzenfiltration
Filterkerzen haben in den letzten Jahren an Bedeutung gewonnen. Sie ermöglichen hohe Durchsatzmengen, benötigen wenig Platz und sind bei entsprechender Rückspülung über längere Zeit hinweg verwendbar. Filterkerzen haben vor allem als Endfiltration vor der Füllung Bedeutung, bei höheren Trubgehalten sind andere Systeme besser geeignet.

Medium

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