Centrifugeren/sedimenteren

Toepassingsgebied

Centrifugatie 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

Centrifugatie 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 en 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 afroming). 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.

a) Scheiding door zwaartekracht

• In 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 delen naar de bodem van het vat. Als de hoogte van het vat verkleind wordt en het oppervlakte beperkt, 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).

b) Scheiding door centrifugale kracht

Centrifuges vallen uiteen in drie groepen:
• Buis-/schotelcentrifuges voor het scheiden van onmengbare vloeistoffen
• Vaste schotel/spuitkleploscentrifuges om vloeistoffen te zuiveren door het verwijderen van kleine hoeveelheden vaste materialen
• Decantercentrifuges voor het ontwateren van slijk (met een hoog gehalte aan vaste materialen.

c) Buis-/schotelcentrifuges

Een tubular bowl centrifuge bestaat uit een verticale cilinder die tussen de 15000 en 50000 rpm ronddraait, binnen een vaststaand omhulsel. Het wordt gebruikt om onmengbare vloeistoffen, bijv. plantaardige olie en water of vaste materialen van vloeistoffen te scheiden. De twee componenten worden gescheiden in ringvormige lagen waarbij de dichtere vloeistof dichter bij de wand van de schaal vast wordt (with the denser liquid solid setting nearer to the bowl wall). De twee lagen worden dan gescheiden van elkaar afgegeven. De schotelcentrifuge wordt meer gebruikt in de voedselindustrie omdat het een betere scheiding kan bereiken vanwege de dunnere lagen vloeistof die gevormd worden. Zoals de disc bowl centrifuge heeft de cilindrische schaal omgedraaide kegels of schijven. De vloeistoffen hoeven alleen maar een korte afstand af te leggen om te worden gescheiden. Deze centrifuges werken bij 2000-7000 rpm en hebben een vermogen van 150000 l/h. 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.

d) Vaste schotel/spuitkleploscentrifuges

Een vaste schotelcentrifuge is de meest eenvoudige vaste stof/vloeistof centrifuge en is handig wanneer kleine hoeveelheden vast stof verwijderd moeten worden van grote hoeveelheden vloeistof. Het 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 cake 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 stellen de uitstroming van vaste stoffen automatisch in staat. Deze types van centrifuges worden gebruikt om oliën, sappen en bier te bewerken en zetmelen om gistcellen terug te krijgen. Zij hebben vermogens tot 300000 l/h. Een speciaal type is the ‘bactofuge’ dat speciaal ontworpen is om micro-organismen uit melk te scheiden. Bacteriën, en vooral sporen, hebben een hogere dichtheid dan melk. De vaste stoffen worden bactofugate genoemd.

e) Decantercentrifuges

Deze centrifuges worden gebruikt wanneer het voedsel te hoge gehaltes aan vaste stoffen bevat. Zijn 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 conveyor bowl centrifuge (decantor) roteert de vaste schaal 25 rpm 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 reciprocating conveyor centrifuge wordt gebruik om broze vaste stoffen (bijv. kristallen uit vocht) te scheiden. De toevoer komt door een trechter een roterende mand binnen dat op dezelfde snelheid roteert.