Prozessoptimierung in der Erzeugung von Kartoffeldauerprodukten

Abstract

Die Produktionsanlage für die Erzeugung von Kartoffeldauerprodukten wurde in den 1940er Jahren gebaut. Seit 2007 wird die Anlage schrittweise erneuert. In der ersten Umbauphase wurde 2007 eine neue Scheibensortieranlage in Betrieb genommen. 2009 wurde das Projekt "Vorkocher - Kühler - Pumpenwanne" mit dem Ziel der Wasser- und Energieeinsparung realisiert. Durch die Erneuerung des Kochers, der Pürierschnecke und der Zufuhrschnecke zu den Walzen wurden 2010 weitere Energieeinsparungen erzielt. 2011 wurde das Projekt "Kartoffelwäsche und Dämpfer" gestartet.<br />Das Ziel dieser Masterarbeit war es, die Unterschiede zwischen den alten und neuen Anlagenteilen aufzuzeigen und die Verbesserung der Produktion zu bewerten. In Absprache mit AGRANA wurden drei Schwerpunkte festgelegt:<br />1) Betrachtung der Kartoffelbeschädigungen durch die Pumpen 2) Dämpfversuche bezüglich Schälverluste und Größe des Kochringes 3) Betrachtung des Abwassers der Nachwaschmaschine hinsichtlich Feststoffteilchen und organischer Belastung Weiters wurde die instationäre Wärmeleitung einer mit Dampf umströmten Kartoffel bezüglich des Kochrings und der Dämpfzeit simuliert.<br />Durch entsprechende Versuchsmethoden wurden die o.a. Parameter vor und nach dem Umbau der Anlage untersucht und die Ergebnisse miteinander verglichen:<br />* Der Anteil an unbeschädigten Kartoffeln ist von 47% auf 75% gestiegen.<br />* Im Vergleich zu großen Kartoffeln (m > 160 g) führen kleine Kartoffeln (m < 60 g) aufgrund ihrer größeren spezifischen Oberfläche zu größeren Schälverlusten und Kochringen. Der mittlere Schälverlust wurde von 14% auf 8% und der Kochring von 2,5 mm auf 1,2 mm verringert. Der Zusammenhang zeigt zwischen Kartoffeldurchmesser und Kochring Anteil einen logarithmischen Verlauf. * Anteilsmäßig gibt es vor und nach dem Umbau keinen großen Unterschied bezüglich Schale und Stücke. Absolut gesehen sind weniger Schale und Stücke im Abwasser vorhanden. Die mittlere organische Belastung ist ca. von 4000 mg/l auf 2000 mg/l gesunken. * Die Simulation der instationären Wärmeleitung einer mit Dampf umströmten Kartoffel hat ergeben, dass der Kochring sich linear zur Dämpfzeit und logarithmisch zum Kartoffeldurchmesser und dem Wärmeübergangskoeffizienten verhält. Das Modell stellt eine gute Annäherung zur realen Situation dar.<br />* Diese Verbesserungen führen im Mittel zu einer Einsparung von 12% Kartoffeleinsatz pro Jahr.<br />

The plant for the production of potato flakes was built in the 1940's. Since 2007 the plant is in renovation. 2007 a slice sorting machine has been added to the production line. 2009 the project "pre-cooker, cooler and pumping pool" has been realized which lead to the reduction of water and energy consumption. In 2010 further energy reduction was achieved through renewing of the cooker, the puree making screw conveyor and the screw conveyor leading to the steam rolls. 2011 the project "potato washing and steam peeling system" has been initiated.<br />The aim of this thesis was to show the differences between the old and new plant components, in order to evaluate the improvement of the production. The main aspects for the research were defined as follows:<br />1) Analysis of the potato damage through the pumps.<br />2) Steam peeling experiments as to the peeling losses and the size of the cooking ring.<br />3) Analysis of the sewage out of the post-washing machine as to the solid particles and organic waste.<br />Furthermore, the transient conduction of water steamed potato has been simulated regarding the cooking ring and the steaming time.<br />Experimental methods have been developed and applied before and after the renovation of the plant and the results have been discussed.<br />* As to the not damaged potatoes the results improved from 47% to 75%.<br />* It seems that potatoes m < 60 g show more peeling losses and a thicker cooking ring then those with m > 160 g. The reason of this phenomenon is that smaller potatoes have a bigger specific surface than the greater ones. Totally, the mean peeling losses were reduced from 14% to 8% and the cooking ring from 2,5 mm to 1,2 mm. Furthermore, the correlation between the potato diameter and cooking ring percentage shows a logarithmic distribution.<br />* In the sewage of the post-washing machine there are definitely less solid particles then before the renovation. The percentage of the peel and particles stayed unchanged. The mean organic waste (Total Organic Carbon - TOC) has been reduced from about 4000 mg/l to 2000 mg/l. * The simulation of the transient conduction of water steamed potato reflects that the cooking ring correlates to the length of the steaming time linearly and shows a logarithmic development to the potato diameter and the heat transfer coefficient. The simulation model shows an adequate correlation to the real measurements. * The above mentioned reductions lead to considerable savings of 12% relating to the potato consumption per year.<br />