Optimization of a potato starch factory including protein production

Abstract

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Optimierung einer Kartoffelstärkefabrik mit zusätzlicher Kartoffeleiweißgewinnung und ist in zwei Teilprojekte unterteilt. Im ersten Projekt werden die Prozessströme der Kartoffelstärkefabrik behandelt. Aufgrund fehlender Messinstrumente, sind die Zusammensetzungen und die Massenströme vieler Prozessströme unbekannt. Außerdem wird nur der Gesamtwasserbedarf der Fabrik gemessen, es ist jedoch nicht genau bekannt, wo in der Anlage der größte Wasserverbrauch stattfindet. Um diese Fragestellungen zu beantworten, wurden umfassende Massenbilanzen aufgestellt. Es konnte gezeigt werden, dass die Kartoffelstärkefabrik einen akzeptablen Wasserverbrauch aufweist und wo in der Anlage der größte Wasserverbrauch stattfindet. Außerdem ergab die Analyse der Anlage und der aufgestellten Massenbilanzen weiteres Optimierungspotential. Im zweiten Projekt wurde versucht, die Ausbeute des Kartoffeleiweißes zu steigern. Das Kartoffeleiweiß wird durch thermische und chemische Behandlung des Kartoffelfruchtwassers zur Flockung gebracht. Diese Eiweißflocken werden anschließend durch Dekanter abgetrennt. Da die Dekanter nicht die gesamte Menge der Eiweißflocken abtrennen, enthält der Oberlauf der Dekanter noch eine gewisse Menge an Eiweißflocken. Diese Flocken beeinflussen den weiteren Prozess negativ und bereiten hohe Wartungs- und Reinigungskosten nachfolgender Anlagenteile. Aus diesem Grund wurde im Zuge der vorliegenden Arbeit versucht, die verbliebenen Eiweißflocken mit Hilfe eines Tellerseparators vom Oberlauf abzutrennen. Es konnte gezeigt werden, dass die Separation möglich ist und die hohe Schäumungsneigung des Kartoffelrestfruchtwassers keine Probleme bereitet. Die Abtrennung der Eiweißflocken führt nicht nur zu einer Reduktion der Reinigungs- und Wartungskosten nachfolgender Anlagenteile sondern auch zu einer Steigerung des Umsatzes, weil die gewonnenen Eiweißflocken verkauft werden können.

The present thesis deals with the optimization of a potato starch factory with additional potato protein production and is divided into two subprojects. In the first project the process streams of the potato starch factory are discussed. Due to missing measuring devices, the compositions and the mass flows of many process streams are unknown. Moreover, only the total freshwater demand of the factory is measured. It is not known exactly where in the system the largest water consumption takes place. In order to answer these questions, comprehensive mass balances were set up. During the process it was possible to determine that the potato starch factory has an acceptable water consumption and to identify the largest water consumers in the plant. In addition, the analysis of the plant and of the mass balances revealed further optimization potential. The second project deals with the attempt to increase the yield of potato protein. The potato protein is dissolved in the potato fruit water. By thermal and chemical treatment of the potato fruit water, the protein flocculates. These protein flakes are subsequently separated by decanters. Since the decanters do not separate the entire amount of protein flakes, there is still a certain amount of protein flakes in the supernatant of the decanters. These flakes have a negative impact on subsequent plant sections. This results in high maintenance and cleaning costs. For this reason, experiments were made to separate the remaining protein flakes with a disc stack separator from the supernatant. It has been shown that the separation is possible and that the high foaming tendency of residual potato fruit water does not cause problems during the separation process. Furthermore, the separation of the protein flakes does not only reduce maintenance and cleaning costs but also increases the turnover as the separated protein flakes can be sold.