back to top
| technologie > scheidingstechnieken > centrifugeren |
download articleCentrifugeren
Inhoudsopgave
Doel
Sedimenteren en centrifugeren worden gebruikt om niet-mengbare vloeistoffen en vaste materialen van vloeistoffen te scheiden. De scheiding wordt uitgevoerd door de toepassing van natuurlijke zwaartekracht of centrifugale krachten.Toepassingsgebied
Centrifugeren wordt gebruikt in de zuivelindustrie in de klaring van melk, het afromen van melk en wei, de concentratie van room, in de productie en het herwinnen van caseïne, in de kaasindustrie, in het verwerken van lactose en wei-eiwitten, etc. Deze verwerkingstechniek wordt ook gebruikt in dranktechnologie, groenten- en fruitsappen, koffie, thee, bier, wijn, sojamelk, olie- en vetverwerking/herwinning, cacaoboter, in suikerverwerking, etc.Beschrijving van technieken
Centrifugeren wordt gebruikt om mengsels van twee of meer fases, waarbij één een continue fase is, te scheiden. De drijvende kracht achter de scheiding is het verschil in dichtheid tussen de twee fases. Door gebruik te maken van centrifugale krachten wordt het scheidingsproces versneld. De noodzakelijke centrifugale krachten worden gegenereerd door de materialen te roteren. De gegenereerde kracht is afhankelijk van de snelheid en straal van de rotatie. In onbewerkte melk bijvoorbeeld is de afgeroomde melk een continue fase, de vetfase is een discontinue fase die gevormd is uit vetbolletjes met een diameter van enkele micrometers; een derde fase bestaat uit vaste deeltjes, haren, uiercellen, stro, etc. Wanneer de verschillen in dichtheid groot zijn en wanneer tijd geen beperkende factor is, kan scheiding plaats vinden door zwaartekracht (bekend als sedimentatie en afromen). In de bierproductie wordt de filtering van het hete wort uitgevoerd om deeltjes (hete breuk) te verwijderen om een zuiver wort te verkrijgen. De meest gebruikte installatie voor wortzuivering is de draaikolk waarin wortdeeltjes gescheiden worden in een divergerende stroom.Scheiding door zwaartekracht
- Batch: dit gebeurt in een vat dat een dispersie van vaste delen bevat met een hogere dichtheid dan de vloeistof. Na verloop van tijd zakken deze zwaardere deeltjes naar de bodem van het vat. Als de hoogte van het vat verkleind wordt en het oppervlakte vergroot kan de sedimentatietijd worden gereduceerd.
- Continu: de vloeistof dat de deeltjes van de dikke suspensie bevat wordt aan het ene einde van het proces binnengebracht en vloeit naar een overloop. De sedimentatiecapaciteit van het vat kan worden vergroot door schotten toe te voegen (horizontaal of hellend).
Scheiding door centrifugale kracht
Centrifuges vallen uiteen in drie groepen:- Trommel/schotelcentrifuges voor het scheiden van niet-mengbare vloeistoffen
- Vaste/discontinue bol schotelcentrifuges om vloeistoffen te zuiveren door het verwijderen van kleine hoeveelheden vaste materialen
- Decanteercentrifuges voor het ontwateren van slijk (met een hoog gehalte aan vaste materialen.
Trommel/schotelcentrifuges
Een trommelcentrifuge (overloopcentrifuge) bestaat uit een verticale cilinder die tussen de 15000 en 50000 omwentelingen per minuut ronddraait, binnen een vaststaand omhulsel. Het wordt gebruikt om niet-mengbare vloeistoffen te scheiden, bijv. plantaardige olie en water of vaste materialen van vloeistoffen. De twee componenten worden gescheiden in ringvormige lagen met de dichtere vloeistof of de vaste stof dichter bij de wand van de schaal. De twee lagen worden dan afzonderlijk afgevoerd.De schotelcentrifuge wordt meer gebruikt in de voedselindustrie omdat die een betere scheiding bereikt kan worden. Anders dan de trommelcentrifuge heeft de schotelcentrifuge omgedraaide kegels of schijven. De vloeistoffen hoeven maar een korte afstand af te leggen om te worden gescheiden. Deze centrifuges werken bij 2000-7000 toeren per minuut en hebben een vermogen van 150000 liter per uur. Schotelcentrifuges worden gebruikt om room van melk te scheiden en om oliën, koffie-extracten en sappen te scheiden of om zetmeel van een dikke suspensie te scheiden.
Vaste/discontinue bolschotelcentrifuges
Een schotelcentrifuge is de meest eenvoudige vaste stof/vloeistof-centrifuge en is handig wanneer kleine hoeveelheden vaste stof verwijderd moeten worden van grote hoeveelheden vloeistof. Ze bestaat uit een roterende cilindrische schaal. Vocht wordt in de schaal gebracht; de vaste stoffen zetten zich af tegen de schaalwand terwijl de vloeistof over de bovenkant van de schaal stroomt. Regelmatig moet de centrifuge worden gestopt om ervoor te zorgen dat de koek kan worden verwijderd.Vocht dat een hoger gehalte aan vaste stoffen bevat, d.w.z. >3% w/w, kan worden gescheiden met behulp van een spuitkleploscentrifuge. Deze centrifuges zijn een aangepaste schotelcentrifuge met een dubbele kegelachtige schaal en maken de automatische uitstroom van vaste stoffen mogelijk. Deze types centrifuges worden gebruikt om oliën, sappen en bier te bewerken en zetmelen om gistcellen terug te krijgen. Zij hebben vermogens tot 300000 liter per uur. Een speciaal type is de ‘bactofuge’, zie onder.
Bactofuge
Een bactofuge is een speciaal uitgevoerde schotelcentrifuge die wordt gebruikt om bacteriën en sporen, uit bijvoorbeeld melk, te verwijderen. De bacteriën en voornamelijk de sporen worden tegen de wand naar buiten geslingerd door de centrifugale krachten. Om een bepaalde tijd worden de schotels even van elkaar losgelaten, waardoor er melk met een hoog gehalte aan bacteriën en sporen wordt afgevoerd. Deze deelstroom wordt meestal gesteriliseerd en vervolgens teruggevoerd in de stroom. Met behulp van een bactofuge is de houdbaarheid van melk te verlengen. Bovendien kunnen smaakafwijkingen in kaas tegen worden gegaan, omdat een groot gedeelte van de sporen wordt verwijderd. Het bactofuge-systeem is vooruitstrevend, maar kostbaar. Met name de extra sterilisatie zorgt voor hoge energiekosten.
Decanteerder, schil- of korfcentrifuge
Deze centrifuges worden gebruikt wanneer het voedsel hoge gehaltes aan vaste stoffen bevat. Zij worden bijvoorbeeld gebruikt om dierlijke en plantaardige eiwitten (d.w.z. bezonken caseïne uit afgeroomde melk) terug te krijgen, om koffie-, cacao- en theesuspensies te scheiden en om oliën af te blazen. In de decanteercentrifuge (dekanter) roteert de vaste schaal 25 toeren per minuut sneller dan de schroeftransporteur. Dit zorgt ervoor dat de vaste stoffen naar één eind van de centrifuge worden gevoerd terwijl de vloeibare fractie naar het andere eind vloeit.De schilcentrifuge wordt gebruik om broze vaste stoffen (bijv. kristallen uit vocht) te scheiden. De toevoer komt door een trechter een roterende mand binnen die op dezelfde snelheid draait. Deze versnelt geleidelijk de vloeistof naar de schaalsnelheid waardoor afschuifkrachten worden geminimaliseerd. De vloeistof stroomt door perforaties in de schaalwand. Als de laag neergeslagen koek aangegroeid is wordt die voortgeduwd door een terugkerende arm.
De korfcentrifuge heeft een geperforeerde korf bekleed met een filtermiddel, die roteert op 2000 omwentelingen per minuut. Scheiding gebeurt in cycli die 5 tot 20 min duren. In de drie fases van de cyclus komt eerst de vloeistof de langzaam draaiende schaal binnen, daarna wordt de snelheid opgevoerd en vindt scheiding plaats en tenslotte wordt de snelheid verlaagd en de koek wordt verwijderd via de onderzijde. Capaciteiten van deze centrifuges lopen tot 90000 liter per uur.
bedrijven