DE102004035215B4

DE102004035215B4 - Verfahren zur Regelung des Trockenmassegehaltes von Konzentraten bei der Frischkäseherstellung

Info

Publication number: DE102004035215B4
Application number: DE200410035215
Authority: DE
Inventors: Bernd Dipl.-Ing. Spieckermeier
Original assignee: Westfalia Separator GmbH
Current assignee: GEA Mechanical Equipment GmbH
Priority date: 2004-07-21
Filing date: 2004-07-21
Publication date: 2007-12-27
Anticipated expiration: 2024-07-22
Also published as: DE102004035215A1

Abstract

Verfahren zur Regelung des Trockenmassegehalts von Konzentraten bei der Frischkäseherstellung, insbesondere bei der Speisequarkherstellung, bei dem
mittels eines Düsenseparators (3) als Trennvorrichtung ein Ausgangsprodukt,
das über eine Zulaufleitung (1) der Trenneinrichtung zugeführt wird,
in eine wäßrige Phase und
ein Feststoffkonzentrat getrennt wird,
die mittels getrennter Ablaufleitungen (4, 5) aus der Trenneinrichtung abgeleitet werden,
wobei in der Ablaufleitung (5) der Trockenmassegehalt des aus der Trenneinrichtung abgeleiteten Feststoffkonzentrats dadurch geregelt wird, dass
in der Ablaufleitung (5) hinter einer Dickstoffpumpe (6) als Einrichtung zur Druckerhöhung und
vor einer Kühleinrichtung
ein Drucksensor (10) vorgesehen wird,
um in der Ablaufleitung (5) den im Feststoffkonzentrat herrschenden Druck zu messen und einen Druckmesswert zu ermitteln,
wobei der Druckmesswert als Regelgröße genutzt wird,
um eine Stellgröße zu bestimmen,
um über eine Regeleinrichtung (11)
ein Regelventil (2) in der Zuführleitung (1) einzustellen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung des Trockenmassegehalts von Konzentraten bei der Frischkäseherstellung.
Ein besonders bevorzugtes Anwendungsgebiet des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Trockenmassegehaltüberwachung bei der Speisequarkherstellung.
Bei der Speisequarkherstellung wird in der Regel Milch als Ausgangsprodukt ggf. nach einer Vorbehandlung „dickgelegt" (Säuern und Eiweißgerinnung). Die Dickmilch wird sodann einem Konzentrationsschritt unterzogen, wobei in der Regel mittels eines Düsenseparators mit vertikaler Drehachse die dickgelegte Milch von Molke getrennt wird. Das derart gewonnene Konzentrat wird sodann i.d.R. gekühlt und kann verpackt werden.
Nach dem Stand der Technik ist es beispielsweise bekannt, dickgelegte Kesselmilch in einem Düsenseparator bei ca. 40°C auszuseparieren, wobei Molke und Käsebruch als Feststoffkonzentrat voneinander getrennt werden. Das durch die Düsen austretende Konzentrat – der Käsebruch – wird sodann nach einer Verfahrensvariante mittels einer dem Separator nachgeschalteten Exzenterschneckenpumpe durch einen Quarkkühler gepumpt und dabei auf 6°C abgekühlt.
Nach einem internen Stand der Technik der Anmelderin wird der Trockenmassegehalt des Quarks über eine Einstellung der Zulaufmenge an der Zulaufleitung des Separators einmalig voreingestellt. Die Einstellung wird manuell vorgegeben und sodann durch einen Regler, der versucht die Zulaufmenge konstant zu halten, geregelt. Schwankungen in der Trockenmasse des Quarks werden durch spontane, manuelle Eingriffe des Bedienpersonals ausgeglichen, sofern sie rechtzeitig erkannt werden.
Wird eine unzulässige Abweichung zu spät erkannt, kommt es zu Verlusten (der Quark ist zu dick) bzw. das erzeugte Produkt entspricht nicht den Spezifikationen (der Quark ist z.B. zu dünn). Bei Düsenverstopfungen wird zudem kein Alarmausgelöst.
Zur Erhöhung der Ausbeute wird dem Quark in bekannter Weise nach der Separierung eine konstante Menge an Molkekonzentrat zugeführt.
Zum Stand der Technik wird die DE 25 31 141 A1 genannt, die ein Verfahren und eine Anlage zur Regulierung des Fettgehaltes von Milch betrifft.
Die DE 195 03 065 C1 beschreibt ein Verfahren und einer Vorrichtung zur Entkeimung von Milch.
Aus der EP 0 440 208 B1 ist es bekannt, den Trockenmassegehalt von in einer Trenneinrichtung eingeleiteter eingedickter Milch zu bestimmen und diese Information zur Regelung der Herstellung von Doppelrahmfrischkäse zu nutzen.
Aus der DE 44 44 675 C1 ist es bekannt, eine Vorrichtung zur Hartkäseherstellung im diskontinuierlichen Verfahren über Gewichtsmessungen zu steuern.
Ein weiteres Verfahren zur Speisequarkherstellung beschreibt die DE 11 33 939 A .
Zum Stand der Technik seien noch die DE 12 38 755 A und die DE 26 36 882 A1 genannt, die weitere Hintergrundinformationen zum Stand der Technik der Speisequarkherstellung enthalten.
Aus der gattungsgemäßen DD 277 583 A3 ist ein Verfahren zur Herstellung von Quark mit einem Separator bekannt, bei dem ein penetrometrisches Verfahren zum Einsatz kommt, bei welchem der separierte Quark durch ein abgewinkeltes Rohr gedrückt wird, das mit einem Druckmesser versehen ist. Derart kann im Abhängigkeit vom Trockensub stanzgehalt der Druck abgelesen werden bzw. in Abhängigkeit vom Druck der Trockenmassegehalt bestimmt werden.
Gegenüber dem Stand der Technik ist es die Aufgabe der Erfindung, das gattungsgemäße Verfahren derart weiterzuentwickeln, dass eine verbesserte und vor allem vereinfachte Regelung des Trockenmassegehaltes von Konzentraten bei der Frischkäseherstellung, wie insbesondere Speisequark, möglich ist.
Die Erfindung löst die genannte Aufgabe in Hinsicht auf das Verfahren durch den Gegenstand des Anspruches 1.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Erfindungsgemäß wird der Trockenmassegehalt des aus der Trenneinrichtung abgeleiteten Feststoffkonzentrats automatisch direkt oder indirekt über die Messung des Drucks im Feststoffkonzentrat in einer Ablaufleitung aus dem Düsenseparator als Regelgröße ermittelt und der ermittelte Druck wird als Regelgröße zur Ermittlung einer Stellgröße verwendet.
Durch die automatische Regelung der Zulaufleistung des Düsenseparators in Abhängigkeit von dem gemessenen Druck vor einem Quarkkühler, stellt sich für das Konzentrat, insbesondere den Quark, genau die gewünschte Trockenmasse ein. Eine höhere Zulauf leistung bewirkt einen Anstieg der Trockenmasse und umgekehrt. Ein weiterer Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, dass die Regelung des Trockenmassegehalts hier mittels eines automatischen Verfahrens erfolgt, mit dem ein optimaler Magermilchverbrauch gewährleistet wird. Schwankungen der Zusammensetzung der Kesselmilch z.B. bei Tankumschaltung werden auf einfache Weise ausgeglichen.
Besonders bevorzugt wird zur Regelung des Trockenmassegehaltes aus dem Druck als Regelgröße die Menge an in den Separator geleiteten Schleuderguts, insbesondere eingedickter Milch, als Stellgröße ermittelt und eingestellt.
Es ist aber optional/alternativ auch denkbar, in gewissen Grenzen zur Regelung des Trockenmassegehaltes aus dem Druck als Regelgröße die Menge an Molkekonzentrat, die in das aus dem Separator abgeleitete Konzentrat mittels einer Molkekonzentratzuleitung in die Ablaufleitung eingeleitet wird, als Stellgröße zu ermitteln und einzustellen.
Besonders bevorzugt ist das Schleudergut eingedickte Milch und das Feststoffkonzentrat Käsebruch, wobei der Käsebruch über die Dickstoffpumpe und einen Quarkkühler geleitet wird und der Druck im Feststoffkonzentrat vor dem Quarkkühler als Regelgröße ermittelt wird. Gerade in dieser Ausgestaltung hat sich bei einem Beispiel der lineare Zusammenhang der 4 gut nachweisen lassen, so dass das Verfahren hier besonders vorteilhaft umgesetzt werden kann.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezug auf die Figuren näher beschrieben. Es zeigt:
1 eine Vorrichtung bzw. Anlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
2 eine Variante einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
3 eine schematische Darstellung eines Quarkseparators; und
4 ein Diagramm, welches beispielhaft den linearen Zusammenhang zwischen dem Trockenmassegehalt und dem Druck vor dem Quarkkühler bei einem Düsenseparator veranschaulicht..
Mit der Vorrichtung der 1 wird über eine Zulaufleitung 1, in die ein Regelventil 2 geschaltet ist, dem ein Durchflussmesser 9 vorgeschaltet ist, dickgelegte Kesselmilch, die in vorhergehenden – hier nicht dargestellten und an sich bekannten Verfahrensschritten erzeugt bzw. hergestellt wurde – in einen Düsenseparator 3 mit vertikaler Drehachse geleitet, in dem die dickgelegte Kesselmilch in Molke als Flüssigkeitsphase (Ablaufleitung 4) und Käsebruch als (Feststoff-)Konzentrat getrennt wird, wobei das Konzentrat hier kontinuierlich über Düsen an der Ablaufleitung 5 ausgetragen wird.
Das Konzentrat wird sodann durch die Ablaufleitung 5 mit einem Quarktrichter über eine Dickstoffpumpe 6 und einen der Dickstoffpumpe nachgeschalteten Quarkkühler 7 geführt, wo es gekühlt wird.
Besonders vorteilhaft wird nach 1 unmittelbar vor dem Quarkkühler 7 mit einem Drucksensor 10 der Druck des Konzentrates in der Ablaufleitung 5 aus dem Düsenseparator gemessen. Der vom Drucksensor 10 erfasste Messwert wird direkt über eine elektrisch leitende Verbindung 12 einer Recheneinheit bzw. Regeleinrichtung 11 zugeführt, wo der Druckmesswert als Regelgröße genutzt wird, um eine Stellgröße zu bestimmen, welche dazu verwendet wird, um über eine weitere elektrisch leitende Verbindung 13 zwischen Regeleinrichtung 11 und dem Regelventil 2 das Regelventil 2 einzustellen.
Dabei wird das Regelventil 2 im Zulauf des Düsenseparators 3 derart angesteuert, daß der Druck vor dem Konzentratkühler, hier dem Quarkkühler 7, möglichst konstant gehalten wird. Hierdurch wird dem Düsenseparator 3 das Schleudergut bedarfsproportional so zugeführt, wie es zur Erzielung der gewünschten Trockenmasse notwendig ist.
Bei diesem Verfahren wirkt es sich besonders vorteilhaft aus; dass die Trockenmasse des Quarkkonzentrats bzw. der Quarkphase nach einer Erkenntnis der Erfindung in einem direkten Verhältnis zur Viskosität und somit zu dem Druck vor dem nachgeschalteten Quarkkühler 7 steht. Üblicherweise werden gewöhnliche Plattenwärmetauscher als Quarkkühler 7 eingesetzt, die einen recht erheblichen Durchflusswiderstand darstellen, der von der Dickstoffpumpe 6 aber im Allgemeinen recht gut bewältigt wird. Bei einer Trockenmasse des Quarks von 15% herrscht beispielsweise ein Druck von 5 bar vor dem Quarkkühler. Bei 18% Trockenmasse beträgt dieser Druck der gleichen Anlage 10 bar (siehe hierzu 4).
Die überraschend große Abhängigkeit der Trockenmasse im Konzentrat zum Druck wird daher einmalig für eine bestimmte Rezeptur ermittelt und steht somit als sehr einfach erfassbare, aber dennoch effiziente Regelgröße zur Trockenmasseregelung zur Verfügung.
Durch eine geregelte automatische Erhöhung und Erniedrigung der Zulaufleistung des Düsenseparators in Abhängigkeit von dem gemessenen Druck vor dem Kühler stellt sich für den Quark die gewünschte Trockenmasse ein. Eine höhere Zulaufleistung bewirkt einen Anstieg der Trockenmasse und umgekehrt. Der Druck vor dem Quarkkühler 7 wird insbesondere kontinuierlich mittels des Drucksensors 10 gemessen, der Regeleinrichtung 11 übermittelt und in eine Stellgröße umgesetzt.
Bei Düsenverstopfung infolge höherer Trockenmasse kann über einen Druckanstieg auch ein Alarm angezeigt werden und es erfolgt automatisch eine Leistungsreduzierung im Zulauf. Optional kann der ermittelte Druck also auch für eine Überwachungsfunktion eingesetzt werden.
Nach 2 wird nicht die Menge an in den Düsenseparator 3 geleiteter eingedickter Milch variiert sondern in das aus dem Düsenseparator 3 abfließende Feststoffkonzentrat wird direkt vor der Dickstoffpumpe 6 Molkekonzentrat zur Einstellung des Trockenmassegehaltes eingeleitet (z.B. durch einen Anschluß am Quarktrichter). Auch derart ist eine Regelung des Trockenmassegehaltes auf einfache Weise – allerdings nur im begrenzten Umfang entsprechend der lebensmitteltechnischen Vorschriften – möglich.
Dabei erfolgt eine Zugabe von Molkekonzentrat über eine Molkekonzentratzuleitung 15 und über ein Regelventil 14 in den Quarktrichter bzw. die Ablaufleitung 5 hinter dem Düsenseparator 3 und vor der Dickstoffpumpe 6, wobei in diesem Fall das Regelventil 14 von der Regeleinrichtung 11 angesteuert wird, welche wiederum mit dem Drucksensor 10 verbunden ist.
Dabei darf der Eiweißgehalt im Magerquark jedoch nicht unter einen Grenzwert sinken, z.B. bei 18% Trockenmassegehalt nicht unter 12%. Anstelle der Zulaufleistung wird jetzt die Molkekonzentratmenge in Abhängigkeit vom Druck vor dem Kühlerbedarf proportional dosiert, während die Zulaufleistung des Separators je nach Rezeptur konstant bleibt.
3 zeigt eine schematische Darstellung eines kontinuierlich arbeitenden „Quark-Düsenseparators" 3 mit vertikaler Drehachse, der eine Schleudertrommel 16 aufweist, in die ein Trenntellerpaket 17 eingesetzt ist und die einen Flüssigkeitsablauf 18 mit einem Greifer 19 und zur Ableitung des Feststoffkonzentrats die Düsen 20 aufweist. Den Düsen 20 ist wiederum ein Feststoffänger 21 nachgeschaltet der in den Quarktrichter bzw. die Ablaufleitung 5 mündet, der sich wiederum die Dickstoffpumpe anschließt (siehe hierzu wiederum 1).

1: Zulaufleitung
2: Regelventil
3: Düsenseparator
4: Ablaufleitung
5: Ablaufleitung
6: Dickstoffpumpe
7: Quarkkühler
8: Ablaufleitung
9: Durchflussmesser
10: Drucksensor
11: Regeleinrichtung
12: elektrisch leitende Verbindung
13: elektrisch leitende Verbindung
14: Regelventil
15: Molkekonzentratzuleitung
16: Schleudertrommel
17: Trenntellerpaket
18: Flüssigkeitsablauf
19: Greifer
20: Düsen
21: Feststoffänger

Claims

Verfahren zur Regelung des Trockenmassegehalts von Konzentraten bei der Frischkäseherstellung, insbesondere bei der Speisequarkherstellung, bei dem mittels eines Düsenseparators (3) als Trennvorrichtung ein Ausgangsprodukt, das über eine Zulaufleitung (1) der Trenneinrichtung zugeführt wird, in eine wäßrige Phase und ein Feststoffkonzentrat getrennt wird, die mittels getrennter Ablaufleitungen (4, 5) aus der Trenneinrichtung abgeleitet werden, wobei in der Ablaufleitung (5) der Trockenmassegehalt des aus der Trenneinrichtung abgeleiteten Feststoffkonzentrats dadurch geregelt wird, dass in der Ablaufleitung (5) hinter einer Dickstoffpumpe (6) als Einrichtung zur Druckerhöhung und vor einer Kühleinrichtung ein Drucksensor (10) vorgesehen wird, um in der Ablaufleitung (5) den im Feststoffkonzentrat herrschenden Druck zu messen und einen Druckmesswert zu ermitteln, wobei der Druckmesswert als Regelgröße genutzt wird, um eine Stellgröße zu bestimmen, um über eine Regeleinrichtung (11) ein Regelventil (2) in der Zuführleitung (1) einzustellen.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das abgeleitete Feststoffkonzentrat über eine Dickstoffpumpe (6) in der Ablaufleitung (5) abgeleitet wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Regelung des Trockenmassegehaltes aus dem Druck als Regelgröße die Menge an in den Düsenseparator (3) geleiteten Ausgangsprodukts (Schleudergut) insbesondere eingedickter Milch, als Stellgröße ermittelt und eingestellt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Regelung des Trockenmassegehaltes aus dem Druck als Regelgröße die Menge an Molkekonzentrat, die in das aus dem Düsenseparator abgeleitete Konzentrat mittels einer Molkekonzentratzuleitung (15) in die Ablaufleitung (5) vor er Dickstoffpumpe (6) eingeleitet wird, ermittelt und eingestellt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangsprodukts (Schleudergut) eingedickte Milch und das Feststoffkonzentrat Käsebruch ist, wobei der Käsebruch über die Dickstoffpumpe (6) und einen Quarkkühler (7) geleitet wird und der Druck im Feststoffkonzentrat vor dem Quarkkühler (7) als Regelgröße ermittelt wird.