Tkennpressen - Versuch einer Bestandsaufnahme experimenteller Arbeiten * VmI?H.Schne ider undD.Khoo **

Universitiit GH Essen , A rbeitsgruppe Lebensmittel-Vhj&hrenstechnik

Mit der Studie wird beabsichtigt, den Kenntnisstand iiber das Abpressen vonFliissigkeitenauszellularstrukturiertenFeststoffenzusammenzustellen. Referiert werden Arbeiten zu Stempelpressen und Schneckenmaschinen, die vorwiegend experimentellen Charakter haben und im Labor oder an Schneckenpressen im Olmiihlenbetrieb durchgefiihrt wurden. Die phinino- menologische Betrachtungsweise hemcht vor, jedoch sind fur die lineare Kompression auch plausible Erklarungen der Vorgiinge im gepreBten Kuchen gegeben worden. Eine weitere Studie zu physikalischen Modellvor- stellungen iiber den AbpreBvorgang ist geplant.

1. E i n l e i t u n g Mit dem Begriff Trennpressen soll die verfahrenstechni-

sche Reahsierung der Aufgabenstellung Abtrennen der flussigen Phase aus einem flussigkeitsfiihrenden Feststoff durch Komprimieren" bezeichnet werden. Das Formpressen ist vom Trennpressen durch die Zielsetzung ,,Formgeben einer - im wesentlichen elastoplastischen - Masse" zu unter- scheiden.

Fur die technische Realisierung beider Aufgabenstellun- gen verlief die Entwicklung von der diskontinuierlich arbei- tenden linearen Stempelpresse zur rotierenden, kontinuier- lich arbeitenden Schneckenpresse. Dominante technische Anwendungsbereiche der Schnecken-Trennpresse sind die Olsaatenverarbeitung und die Entwhserung bzw. Entsaf- tung pflanzlicher Gewebe. Gemeinsam ist beiden Prozessen die Fliissigkeitsabtrennung aus einem pflanzlichen und damit zellular strukturierten Feststoff. Aus diesem PreBgut- Charakteristikum ergibt sich unmittelbar die Abgrenzung gegen das F'reBfdtrieren von Schlammen, die als nasses Parti- kelhaufwerk vorliegen und die Flussigkeit in erster Linie als aukre Phase enthalten. Beziiglich des PreBprinzips sprechen heute noch eine Reihe von Griinden fiir den Einsatz der linearen Kompression bei zellularen Feststoffen: es sind ins- besondere die Feststoffeigenschaften, die in bestimmten Fd- len den Einsatz von Schneckenpressen problematisch machen.

Bei der verfahrenstechnischen Behandlung der PreBfiltra- tion und des Trennpressens bestehen Parallelen. Anderer- seits machen aber gerade die Eigenschaften des zellular strukturierten Feststoffes besondere iiberlegungen uber den intrazellularen EinschluB der flussigen Phase und uber den mechanischen AufschluB des Materials notwendig, insbe- sondere uber seine hydro-thermische Konditionierung als Voraussetzung !%r einen moglichst vollsthdigen AufschluB. Die Kompression des Feststoffes bei Aufrechterhaltung des Abflusses der flussigen Phase hangt von seinen elastoplasti- schen Eigenschaften ab. Diese wiederum werden vom je nach PreBfortschritt vorhandenen Fliissigkeitsanteil und der Temperatur des Materials bestimmt.

Die verfahrenstechnische Beschreibung des Trennpres- sens steht im Unterschied zur Extrusion plastischer Kunst- stoff-Massen folglich vor einer deutlich komplexeren, weil noch stiirker mit den stofflichen Eigenschaften verbundenen

* Erweiterte Fassung eines Vortrages anl5BIich der 41. DGF-Vor- tragstagung in Gottingen am 11. September 1985.

* * Anschrift der Verfasser: Prof. Dr.-Ing. R H. Schneidzr und Dip1.- Ing. D. Khw, Universitat GH Essen, Fachbereich 13, Arbeits- gruppe Lebensmittel-Verfahrenstechnik, Postfach 1037 64,4300 Essen 1.

FETTE . SEIFEN . ANSTRICHMITTEL 88. Jahrgang NE 9 1986

Mechanical Expression - A Stock Taking of Experimental Work The aim of this paper is to collate existing literature on the mechanical

expression of liquid from materials with cellular structure. The study con- cerns itself with experimental work done on ram and on screw presses. Both laboratory as well as field studies, as was the case for screw expression, were considered. Most of the information evaluated is phenomenological in character, although plausible explanations for the internal processes in the press-cake during linear compression could be found. In a following paper the authorsplan toextend theirstudy toincludethephysically-basedmodels used to elucidate the process of mechanical expression.

Aufgabe. Die Ansatze zur Besclueibung des Kompressions- vorganges durch Kriiftegleichgewichte haben in der Litera- tur mar durchaus einsichtige und nachvollziehbare Usun- gen gefunden; die Einbeziehung der variablen stofflichen Eigenschaften konnte jedoch bisher nicht befriedigend gelost werden.

2 . R e c h e r c h i e r t e Quel len u n d Vorg e h e n s w e i s e

Der Beitrag stellt sich die Aufgabe, zughgliche experi- mentelle Ergebnisse und Ansatze zum Trennpressen zusam- menzustellen. Ausgewertet wurden sowohl technologische als auch an den Grundlagen orientierte Arbeiten uber Stem- pel- und uber Schneckenpressen. Bis auf wenige noch zu erlautemde Ausnahmen wurden nur solche herangezogen, die sich mit dem Trennpressenvegetabder Materialien befas- sen: dem Gewinnen von 0 1 aus Olsaaten und dem Abpres- sen von Wasser und Liisungen aus pflanzlichen Materialien, z. B. Fruchtsaft aus Obstmaischen und Diinnsaft aus Zucker- riibenschnitzeln. In der ersten Gruppe uberwiegen Ver- offentlichungen zur Schneckenpresse. In der zweiten Gruppe sind vor allem die Arbeiten von Schwartzbetg und die von Kiinnendy hervomheben, durch die das Verstbdnis uber den PreBvorgang a m weitesten vorangebracht worden ist. Die Bewertung der Ergebnisse zu verschiedenen Stoffgrup pen muB die jeweils spezielle Bindung und Einlagerung der Zielstoffe in der pflanzlichen Stoffmatrix sowie die erheb- liche Bedeutung des Wassers fir die mechanisch-rheologi- schen Eigenschaften des Pflanzenmaterials beriicksichtigen.

Eine Sonderstellung in der Literatur zum Pressen nehmen die Veroffentlichungen aus der Arbeitspppe um M. Shiratu ein, deren Schwerpunkt bei der PreBfdtration industrieller Schlhme liegt und dessen theoretische Ansatze auf die Grundlagen der Bodenmechanik von Terwhi zuriickge- fiihrt werden konnen. Seine experimentellen Ergebnisse und Ansatze sind jedoch deshalb von so erheblicher Bedeutung, wed siimtliche grundlegenden Beschreibungen des TIXM- pressens vegetabiler Feststoffe von Shiratos Arbeiten beein- flufit wurden.

Es erscheint zweckmaig, die referierten experimentellen Arbeiten nach Art des verwendeten PreBgerStes zu klassifi- zieren: - bei Arbeiten zum linearen Pressen mit Materialkompres-

sion durch eine translatorische Stempelbewegung kann entweder eine konstante, hydraulisch oder pneumatisch erzeugte Kraft auf das PreBgut wirken, oder der PreBkol- ben wird uber eine Antriebsspindel mit konstanter Geschwindigkeit auf'das Prefigut gefahren;

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- Arbeiten zu Schneckenmaschinen mit axialem PreDgut- transport und radialer Kompression infolge fortschreiten- der Abnahme des freien Schneckenraumes sind verstiind- licherweise iiberwiegend technologischen Charakters, jedoch sind auch Untersuchungen iiber die inneren Vor- g h g e im Schneckenkanal publiziert worden. Erhebliche Unsicherheiten bestehen bei der Ubertragung

vom linearen Experiment auf das Kriifte- und Bewegungs- systeminder Schneckenmaschine. DiefiirdenaxialenTrans- port unabdingbaren tangentialen Reibungskriifte am Seiher verschden den elastischen Eigenschaften des Feststoffes ein noch groBeres Gewicht als beim Stempelpressen. Es muB jedoch vorerst dahingestellt bleiben, ob eine vollstiindige Beschreibung der Stoffeigenschaften im Zusammenhang mit der PreBmechanik grundsatzlich moglich sein wird.

Der Begnff Jheorie des Pressens" ist im Schrifttum mar mehrfach anzutreffen, jedoch wird bei realistischer Betrach- tung - und das gdt insbesondere fiir Schneckenmaschinen - bestenfalls eine Problemanalyse als Diskussionsgrundlage zu erwarten sein. Der Auswahl der referierten Arbeiten lag das Ziel zugrunde, Ergebnisse experimenteller Untersu- chungen an StempelpreBeinrichtungen und an Schnecken- maschinen aufzusuchen. G e w h f i r Vollsthdigkeit kann selbstverstbdlich nicht iibemommen werden. Ein Fortset- zungsbeitrag soll Arbeiten mit Ansatzen zur analytischen Beschreibung des Trennpressens behandeln und die Ansatze zu einer Modellvorstellung zusammenfassen. Mehrere Arbeiten aus dem russischen Sprachraum wurden recher- chiert, iiber die separat zu berichten wiire.

3 . Friihe A r b e i t e n Die M h g e der wissenschaftlichen Bearbeitung des Pro-

blems des Trenn ressens lassen sich zuriickverfolgen auf die Arbeit von Deem ,derbereits imJahre 1912 iiberversuchean einer Walzenpresse fiir Zuckerrohr berichtet hat. Eine Stei- gerung der PreBausbeute wird durch Vomrkleinem des Materials, durch Verringern der Ausgangshohe der gepreB- ten Schichthohe bei Einspeisung sowie durch mehrstufiges Pressen bei jeweils niedrigerem PreBdruck im Gegensatz zum einmaligen Pressen bei hoherem Druck erreicht. Modellversuche an einer Spindelpresse und einer hydrauli- schen Presse ergaben einen direkten Zusammenhang zwi- schen Volumenreduzierung der Feststoffmatrix und dem Volumen der herausgepreBten Flussigkeit. Bei Deem findet sich erstmals eine Charakterisierung des PreBgutes als fase- rige Feststoffmatrix, deren Hohkume vollstiindig mit Flus- sigkeit gefiillt sind.

Die Arbeit von Goldowskij2 aus demJahre 1936 beschreibt eine auf kolloid-chemischer Grundlage basierende Charak- terisierung der Samen von Olfriichten, resultierend aus rmkroskopischen Untersuchungen und Uberlegungen iiber die Benetzungseigenschaften der Phasen der mechanisch aufbereiteten Saat: die Verdriingung von 0 1 durch Wasser wird als Folge der selektiven Benetzung und der hderung der Obedachenspannung aufgefaBt. Besondere Beachtung wird dabei der auBerordentlich starken Bindung des Wassers an die als wesentlich angesehenen ,Gelphasenu gewidmet. Insofem stellt die Arbeit von Goldowskij eine wichtige e e l l e fir das Verstiindnis der Zusammenhiinge bei der hydrother- mischen Konditionierung dar.

Im Jahre 1942 publizierte K003 eine Zusammenfassung der Ergebnisse von PreBversuchen mit Olsaaten, die bis in die dreiBiger Jahre zuriickreichen. Als MaB fiir den PreBer- folg definierte er die PreBeff~enz a l s e o t i e n t aus Olaus-

Y

beute und Olgehalt der trockenen Saat. Er fiihrte PreBver- suche an enthullten, zerkleinerten und konditionierten Olsaaten (u.a. Soja, Raps und ErdnuB) mit Hilfe einer hydraulischen Presse durch (Maximaldruck 35MPa). Die PreBeffienz wird durch einen erhohten PreBdruck,eine Itin- gere PreBdauer, eine erhohte PreBtemperatur und eine opti- male Gutsfeuchte begiinstigt. Das Feuchteoptimum ist stoff- spezifisch und nimmt mit steigender PreBtemperatur zu.

In einer Arbeit von Gunham und Masson' aus dem Jahre 1946 werden Betrachtungen uber die Vorghge im gepreB- ten Bett angestellt und mit experimentellen Ergebnissen belegt. Der PreBvorgang wird in drei Schritte aufgeteilt : 1. Kompression ohne Fliissigkeitsabgabe, wobei. lediglich

die Luft aus den Hohkiumen entweicht; 2. Kompression mit Flussigkeitsabgabe als ein instationiires

Nicht-Gleichgewicht ; 3. Gleichgewichtszustand des PreBgutes mit dem auf-

genvungenen PreBdruck nach Beendigung der partiellen Fliissigkeit sabgabe. Notwendige Voraussetzung fiir eine Flussigkeitsabgabe

ist die Reduzierung der Bett-Porositat; anhand von Schema- bildem wird demonstriert, durch welche Prozesse dies geschehen kann. Experimentell wurde der Zusammenhang zwischen PreBgutvolumen und PreBdruck fiir den Fall des Gleichgewichtes unter konstantem PreBdruck mit einer hydraulischen Presse untersucht. Der PreDdruck wurde stu- fenweise bis auf einen Maximalwert von 140 MPa gesteigert; PreBgiiter waren in 0 1 bzw. in Wasser getI;dnkte Fiitoffe (Siigespiine, Wolle, Baumwolle). Ein exponentieller Zusam- menhang zwischen dem spezifschen Volumen des PreBgutes und dem PreBdruck wurde festgestellt, wobei die Lage der Kennlinie erheblich von den Wechselwirkungen zwischen dem Faserstoff und den unterschiedlichen Trkkungsfliissig- keiten abhhgt.

Hukax5 hat das Trennpressen von teilenthiillter, konditio- nierter Baumwollsaat in einer hydraulischen Presse (Maxi- maldruck 28 MPa) unter Variation von PreBdruck, PreBtem- peratur; Druckfiihrung, Materialfeuchte und Hiillenanteil eingehend studiert. Die hydrothermische Konditionierung der Saat ist als kinetisches Problem aufzufassen: erst hinrei- chende Veweilzeiten und Temperaturen ermoglichen die EiweiBkoagulierung und den ZellaufschluB und begiinsti- gen damit den Olaustritt. Oberhalb der Grenzbedingungen von 14MPauber 1hDauerist keinnennenswerterAusbeute- zuwachs zu erwarten. Femer sind niedrigere Hiillenanteile und geringe Schichtdicken zu bevomgen; wesentlich ist jedoch die Einstellung der optimalen Materialfeuchte, deren Wert wiederum von der PreBtemperatur abhhgt. Die Er- gebnisse sind als Kennlinienfeld dargestellt und werden mit den Betriebsmessungen in einer Olmiihle verglichen.

Diese referierten fiinf friihen Arbeiten sind insofem als repriisentativ anzusehen, da sie - quantitative Zusammenhhge zwischen PreBbedingun-

- uber die Vorgiinge im gepreBten Bett im Ansatz bereits

- die zentrale Rolle der Feststoffeigenschaften hervorheben.

gen und PreBergebnis beschreiben,

Vorstellungen vermitteln,

4 . E x p e r i m e n t e l l e A r b e i t e n z u m l i n e a r e n P res sen

der Reihenfolge - Pressen bei konstantem Druck

Die Besprechung der experimentellen Arbeiten erfolgt in

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- Pressen bei konstanter Geschwindigkeit - rheologische und strukturelle Aspekte - Arbeiten von Shirato zum PreBfdtrieren

1 lo--

4.7, Pressen bei konstankm Druck Bei Porninski et al.6 wird uber Untersuchungen an ganzen

ErdnuB-Keimblattern in einer hydraulischen Presse berich- tet. Studiert wurden die EduBgroBen PreBzeit, PreBtempe- ratur und Materialfeuchte auf die Olausbeute und auf das Zerbrechen der Keimblatter. Die Olausbeute steigt bei kon- stanten PreBdrucken mit zunehmender Temperatur. Bei einer optimalen Gutsfeuchte wird eine maximale Olaus- beute erreicht. Der Optimalwert nimmt mit hoherer PreB- temperatur ab. Hohere Temperaturen und hohere Feuchte mindern die Keimblattzerstorung.

In spateren Arbeiten untersuchten Porninski et al.7.8 den EinfluB gebrochener ErdnuBkeme auf die Olausbeute. Als gebrochen gelten Teile mit weniger als 75 Vo Keimblattvolu- men. Die Ausbeute veningert sich bei ausschlieBlich gebro- chenem Material jedoch nur um 10%. Zwischen PreBtuchern aufgescluchtetes ErdnuBpreBgut erbrachte Olausbeuten von 75% gegenuber 60% bei sonst gleichen Bedingungen. Dieser Effekt wird auf die Verkurzung der FlieBwege f i r das 0 1 zuriickgefiihrt. Eine langsame Drucksteigerung ist auf jeden Fall giinstiger: die Druckfiihrung von 14 MPaIl8 min erbrachte 67% Ausbeute gegenuber 58%, wenn der gleiche Druck in 4.5 min erreicht wurde. Bei s h e l l e r Drucksteige- rung wird folglich der OlabfluB durch Verengung der FlieB- wege erheblich behindert.

Khan und Hunnu99'o geben eine Ubersicht uber Arbeiten vor 1950 unter besonderer Hervorhebung der Arbeit von Koo und der Bedeutung der Konditionierung fiir optimale PreB- ausbeuten. In der spateren Arbeit haben sich die Verfasser mit dem Pressen von Sojabohnen unterschiedlichen Auf- bereitungsgrades befdt. Drei Aufbereitungsvarianten wur- den untersucht : gebrochen, extrudiert sowie enthullt und walzflockiert. Die Extrusion erfolgte in einem Brady-Kocher bei 148 C; das WMockieren schloB eine Dampfbehand- lung ein. Bei einem PreBdruck von 45 MPa wurde innerhalb von 6 min bei walzflockiertem Material eine Olausbeute von ca. 86O/o erreicht. Von erheblichem EinfluD sind PreBtempe- ratur, optimale Gutsfeuchte (95 bis 10%) und PreBgeschwin- digkeit. Bei gebrochenem Material brachte enthulltes gerin- gere Ausbeuten als solches mit Hullen.

Ziel der Arbeit von Farsaieund Singh I' ist das Studiumdes Energiebedarfs beim Trennpressen von Sonnenblumensaat bei unterschiedlichen Bedingungen. Als HaupteintluBfaktor wird die Materialfeuchte angegeben: bei einem konspnten PreBdruck von 70MPa ergab sich eine maximale Olaus- beute bei 6% Wassergehalt, wahrend aus energetischer Sicht der optimale Wassergehalt bei 11 Yo lag. Diese Relation gdt sowohl fiir game als auch fiir zerkleinerte und enthullte Saat. Eine Erhohung des PreBdruckes, der PreDdauer und der PreBtemperatur verbessert mar die Ausbeute, erhoht ande- rerseits jedoch den Energiebedarf.

Beim Entwiissern und Entsaften liegt die grundsatzlich gleiche Aufgabenstellung wie beim Olpressen vor,jedoch ist die Freisetzung wariger Flussigkeit aus zellularen Geweben in geringerem M d e von der Viskositat beeintluBt. Das Trennpressen zur Entwiisserung von Futterpflanzen zwecks Herstellung von Winterfutter oder Silage untersuchten Koe- gel und Bruhn". Alfalfa wurde zerkleinert und bei konstan- tem Druck entwbsert. PreBdriicke uber l0MPa verbessern die Entwiisserung nicht wesentlich. Der Endwassergehalt

F E T E . SEIFEN . ANSTRICHMlTTEL 88. Jahrgang Nr 9 1986

zerkleinert

zerkleinert

I I b O Ib' lb2

normierte PreEdauer t / $ Abb. 1. EinfluB der Vorzerkleinexung von *ffeln auf das ReBergeb-

n i s nach K h n d y

3. Die PreBausbeute wird begiinstigt durch zahlreiche klei- nere DruckschritteimGegensatzzu WenigengroBerenbei

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gleichem erreichten Enddruck; aufjeden Fall sind dunne PreBgutschichten anzustreben. In seiner Arbeit aus dem Jahre 1965 hat Kiirmendy l5 das

Trennpressen beziiglich der wirkenden Krafte mit anderen Grundoperationen bei der Fruchtmaische-Entsaftung ver- glichen. Femer werden Uberlegungen zur Verteilung des GesamtpreBdruckes auf die flussige und auf die feste Phase und die Bedeutung dieser Druckverteilung fiir den AusfluB- vorgang diskutiert. Daraus wird eine auf der Darcy-Glei- chung beruhende Modellvorstellung des Trennpressens for- muliert, die von K U y ’’ fur den dreidimensionalen Fall in einer spateren Arbeit weiterentwickelt wurde.

Deformierbarkeit und DurchfluBwiderstand des Kuchens sind die wichtigsten - fiir das PreBgut charakteristischen - GroBen. In einer neueren Arbeit von K o d y ” wurde der DurcMuBwiderstand an Apfelpulpe durch Kompressions- Permeabilitatsmessungen bestimmt . Dieser steigt exponen- tiell mit zunehmender Kuchenkompression an, wobei die plastoelastischen Eigenschaften der Apfelpulpe und deren Veriinderungen durch Volzerkleinerung erheblichen EinfluB haben. Bei weicheren Apfelsorten (2.B. Delicius) ist eine sprungartige Erhohung des DurcMuBwiderstandes bereits bei deutlich geringeren Kompressionen zu erwarten als bei den harteren Apfelsorten (z.B. Jonathan).

Von Schahr und Knorrl”20 wurde die Saftpressung aus verschiedenen Obstsorten (schwarze Johannisbeeren, Apri- kosen, Zwiebeln usw.) mit einer Packpresse (maximaler PreBdruck 12 MPa) untersucht. Ihe Versuchsergebnisse wur- den uber eine statistische Regressions- und Sigmfikanzana- lyse ausgewertet, um die multiplen Zusammenhiinge mi- schen PreBausbeute, PreBzeit, PreBdruck, Anfangshohe des PreBbettes und der pektolytischen Abbauzeit des Materials miteinander in Beziehung zu setzen. Die Verliingerung der PreBdauer uber eine bestimmte Zeitgrenze hinaus bringt keinen zusatzhchen Gewinn an PreBausbeute. Innerhalb des untersuchten Bereiches wurde eine fur maximale Saftaus- beute optimale Kuchendicke bestimmt. Das PreBverhalten von Rubenmark wurde von Teschner et

al. ” untersucht, wobei ein konstanter PreBdruck in der Apparatur uber den Fedenveg einer Spannvonichtung ein- gestellt wurde. Als MaB der AuspreBbarkeit dient der Trok- kensubstanzgehalt im PreBkuchen, umgerechnet aus der aufgefangenen PreBwassermenge. Die PreBbarkeit von Rubenmark wird verbessert bei erhohter PreBtemperatur (bis etwa 60°C), durch leicht saures Milieu sowie durch Zugabe von Calziumkarbonat .

4.2. Pressen bei kmtunter Geschwindigkeit Xm Unterschied zu den bisher referierten Arbeiten, bei

denen die Experimente unter konstantem PreBdruck durch- gefuhrt wurden, arbeitete dle Gruppe um Schwar&rg mit konstanter PreBgeschwindigkeit unter Einsatz von Spindel- pressen. FuhrungsgroBe ist somit die Vorschubgeschwindig- keit. A l s wichtigste Antwortfunktion wird der Reaktions- druck des Kuchens studiert. Die PreBausbeute ergibt sich in erster N&herung aus der hderung der Kuchenge0metrie.h der Arbeit von Rosemu und Schwarkberg” werden der Auf- bau und die Funktionsweise einer zylindrischen PreBzelle (bezeichnet auch als Kompressions-Permeabilitats-Zelle) beschrieben. Der konstante Vorschub in dieser Zelle wird zwischen den Druckplatten einer Universal-Priifmaschine emvungen. Uber eine KraftmeBdose wird der Reaktions- druck des Kuchens bestimmt. Folgende unterschiedliche Versuchsfiihrungen sind mit dieser Anordnung moglich:

- dynamische PreBversuche mit Druckmessung bei kon- stanter Stempelgeschwindigkeit ;

- statische PreBversuche als Relaxationsexperiment, bei denen der PreBstempel bei einem bestirnmten PreSweg angehalten wird und die Abnahme des Druckes bis zur Einstellung des Gleichgewichtes verfolgt wird;

- Permeabilitatsversuche mit Messung des DurcMuBwi- derstandes bei Durchstromung eines komprimierten Bet- tes. Dariiber hinaus kann durch entsprechende Regelung des

PreBweges bei annahemd konstantem PreBdruck experi- mentiert werden.

Mit der von Rosemu und Schwar&berg beschriebenen Anlage sind PreBgeschwindigkeiten von 0.02 bis 100 d m i n zu realisieren und PreBdriicke bis 8MPa zu messen. Die Untersuchungen wurden an pflanzlichen Rohstoffen durch- gefuhrt, u. a. an Alfalfa, zerkleinerten Apfeln und an Kaffee- satz.

I

-B:lp(l),-p,] Bioy ‘Druck

Preskuchenhohe in cm

la’- Stempelgeschwindigkeit

mitt l e res spezifisches

,& Probe: Kaffeesatz 1

20 30 - LO

Abb. 2. Kom ressionseigenschaften zellular strukturierter Fest- stoffe beim Agpressen einer Flussigkeit nach S c h ~ a ~ b e r g ” * ~ ~ ; 2a (0. li.) : Momentankraftverlauf, 2b (are.): Momentandruckver- lauf bei Kompression, 2c (unten): dynamischer Druck bei unter- schiedlichen Stempelgeschwindigkeiten; Erlauterungen im Text

v in c d / g

In h e r Analyse des PreBvorganges unterscheiden Schwar&erg et al. zwischen der momentanen PreBkraft F(t) und der Gleichgewichtskraft F;c, die sich fiir einen bestimmten Kompressionsweg unter Beibehalten der Stem- pelstellungnacheinigerzeit einstellt.h Abb. 2aist einquali- tativer Verlauf der Momentankraft F( t)k bei Kompression und F(t), bei Relaxation angegeben. In der Kompressions- phase ist das Auftreten kleiner Kraftspitzen bei nur schwa- chem Anstieg der Momentankraft beobachtet worden. Die- ser Bereich wird als ,Bioyield“-Kraft Fb bezeichnet. Diese Kraft (bnv. die Bioyielddruck Pb) wird nach Schwar&berg et al. durch die Zerstomng der Zellen verursacht. In Abb. 2b

FETTE . SElFEN . ANSTRICHMITTEL RR.Jahrgang Nr. !) 19R6 332

sind der Momentandruckverlauf und Bioyielddruck bei der Kompression von Apfelwiirfeln aufgetragen (Kurve A). Bil- det man die Differenz zwischen Momentandruck und Bio- yielddruck, so ergibt sich mit Kurve B ein deutlich in zwei A b s h t t e zu zerlegender Verlauf. Im Abschmtt B1 wird Saftaustritt noch nicht beobachtet, sondem erst bei deutli- cher Zunahme des Druckgradienten im Abschnitt B2. Die Abweichung der Druckkurve im Bereich B2 von der Verliin- gerung der Drucklinie aus dem Bereich B1 interpretiert Schwartsberg a l s Triebkraft fiir den SafttluB durch das gepreBte Bett. In zwei weiteren Arbeiten erortem Schwa*- berg et al.24*25 den Zusammenhang zwischen dem Momen- tandruck in der Kompressionsphase (bezeichnet als dynami- scher Druck) und dem konstanten Gleichgewichtsdruck nach AbschluB der Relaxationsphase. Abb. 2c macht deut- lich, daS der Betrag des dynamischen Druckes von der PreB- geschwindigkeit a b h ~ g t . Wird der Stempel bei einem bestimmten Kompressionswert angehalten, so relaxiert der Druck auf einen Gleichgewichtswert. Dieser stellt sich unab- hiingig von der Vorschubgeschwindigkeit ein und ist nur abhiingig vom Kompressionsverhaltnis. Er entspricht somit einem Momentandruckverlauf fiir gegen Null gehende Vor- schubgeschwindigkeit. Der lineare Ast der Druckkurve wird von Schwart&rg als Induktionsphase bezeichnet, in der die interpartikularen Raume durch den aus den Zellen heraus- gepreBten Saft gefiillt werden. Die Differenz zwischen dyna- mischem Druck und Gleichgewichtsdruck ergibt sich nach Auffassung von Schwartzberg, wenn die intrazellulare Druck- entlastung durch Ausstromen des Saftes uber das Porensy- stem der Zellwiinde bis zum Druckausgleich abgeschlossen ist. Diese Interpretation griindet sich auf den Befund, dal3 bei aufgeschlossenem Material geringere Uberhohungen als bei nativem Material auftreten. Dieser von Schwart&rg als Exsudationsvorgang bezeichnete ProzeB und die Entlastung der Bettstruktur durch Ausgleichsbewegungen der Bettpar- tikel untereinander sind somit zwei die Relaxationskinetik bestimmende Detailprozesse. Die Differenz zwischen dem Momentandruck p(t), und dem relaxierten Wert p: nimmt proportional zur Relaxationsdauer ( treJ ab. Die Geschwin- digkeitskonstante als Proportionalitatsfaktor wird u m SO

kleiner, je groBer die Kompression des Bettes ist. Dieser Effekt wird von Schwar&berg auf die Porenverstopfung zuriickgefiihrt.

Von Schwart&rg2" wird uber eine Untersuchung von Abu- hrach berichtet, bei der durch eine geschickte Untersu- chungsmethodik die intrazellulare Exsudatmenge gemessen wird. In der ersten Induktionsphase des PreBvorganges (hearer Ast des Druckanstieges) erfolgt hauptsachlich eine Bettkompaktion durch Reduzieren des interpartikularen Volurnens. Erst in der spateren Phase der Kompression wird das Zellvolumen verringert und die Exsudation eingeleitet. Bei Stoffen mit schwacheren Zellwiinden tritt die Exsuda- tion zeitlich friiher auf. Aus der allmahlichen ofmung des inneren Porenvolumens - das damit zum a u k e n Porenvo- lumen wird - ist zu folgern, daS mit zunehmender Kompres- sion die mittlere Porositat des PreBbettes angeniihert kon- stant bleibt und die klassischen Berechnungsmethoden auf der Grundlage der kompressionsabhiingigen Bettporositat z.B. nach Cannan und K o w einer Korrektur bedurfen. Fer- ner haben Messungen des Flussigkeitsdruckes widwend des PreBvorganges gezeigt, da13 d e Druckverteilung uber der Betthohe bei Stoffen mit hohem Feinanteil vergleichsweise konstant bleibt und der groBte Ted des Druckverlustes am Seiher entsteht. Wurde der Feinanteil des Einsatzmaterials abgetrennt, so ergab sich eine steilere Druckverteilung uber

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der Kuchenhohe. Die Bettpermeabilitat wird ferner von den plastischen Anteilen der Kuchenmechanik beeinflu&.

Die Rolle des plastischen Materialverhaltens wurde an extrahierten Zuckerriibenschnitzeln studiert. Die Forderun- gen nach heichendem ZellaufschluB bei der Aufbereitung und andererseits nach ungehindertem Saftablauf konkurrie- ren miteinander. Bei 75' C gebriihte Extraktionsschnitzel ergaben eine Exsudation bei niedrigeren PreBdriicken, jedoch auch hohere Druckverluste a m Seiher. Die Verstop- fungseffekte durch Feinanteil und zusatzlich plastisches Flie- Ben fiihrten zu einer Verschlechterung des PreBergebnisses. Dieser Befund ist ein priipantes Beispiel f i r den entschei- denden EinfluB des Materialzustandes: die Pektolyse der Zellmembran verbessert zwar deren Permeabilitat fiir die Extraktion, andererseits nimmt der plastische Anteil am rheologischen Verhalten so stark zu, dal3 die AbpreBbarkeit erheblich behindert wird.

Kolpressionsgrad bpressionsgrade

or t l iche ReBsaft-

Falle unterschiedlicher Steipelgeschuindigkei t

Y -

1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 O

PreEexperiment i n einer transparenten Karer zw kchueis der unter- schiedlichen Kuchenver- dichtung & flbhenbezogene

I nertsto f fmsse I i = F / A i n g / c n 2 1

Versuchvaterial : Kaffeesatz

invariante Ortskoordinate ?/ io Abb. 3. AbpreBversuche in einer Kammer n i t geschichtetem Fest- bett nach Schwarf.&rg 24; 3a oben) : Kompressionsverlauf, 3b

In der gleichen Arbeit berichtet Schwatfzberg uber Unter- suchungen an einer Plexiglas-Kompressionszelle mit Bett- aufteilung durch permeable Zwischenlagen (vergl. Abb. 3). Der Kompressionsverlauf der einzelnen Schichtabschtte ist in Abb. 3a aufgetragen. Die Kompression der Einzel- schichten erfolgt nicht gleichmaBig, sondem die unmittelbar an den PreBstempel angrenzenden werden anfangs starker komprimiert als die uber dem Seiher liegenden. In der ober- sten Schicht wurde die Exsudation vor allen anderen Schich- ten beobachtet. Mit grokrer Kompressionszeit gleichen sich die Hohendifferenzen zwischen den Schichten aus. Die ermittelte lokale Saftgeschwindigkeit in den Zwischenlagen ist in Abb. 3b in Abhhgigkeit von der invarianten Ortskoor- dinate l/fo zusammengestellt. Sie steigt mit der Fortdauer des PreBvorganges bei langsamen PreBgeschwindigkeiten gem% Kurve a linear an, bei hohen PreBgeschwindigkeiten

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(unten) : ortliche Saftgeschwin d igkeiten; Erlauterungen im Text

gemaB Kurve e uberproportional. Der Vollsttindigkeit hal- ber ist eine beobachtete Anomalie des Saftdruckmaximums in der Kuchenmitte zu erwiihnen, die bisher nicht schlussig interpretiert werden konnte. Vermutet wird jedoch, daB durch die untenchiedliche Kompression der Schichten auch unterschiedliche Beitriige zum Saftstrom entstehen.

4.3. Rheologiwhe und shuktureUe Aspekb In den Arbeiten von Schwartzberg et al. wurden mehrfach

plastisches Materialverhalten und Materialstrukturpro- bleme angesprochen. Im nachfolgenden werden Arbeiten referiert, die sich diesen Fragestellungen durch mikrosko- pische und rheologische Untersuchungen gewidmet haben.

In der bereits erwahnten Arbeit von Aboaba et al. I 3 wird das Verhalten des Materials in engem Zusammenhang mit der Anatomie des gepreBten Stoffes (SuBwasserpflanie Myriophyll) gesehen. Die einzelnen Strukturelemente des Materials wie Epidermis, zentrales Faserbundel und Cortex mit luftenthaltenden Zellen werden beziiglich h e r Mecha- nik durch rheologische Modellelemente ersetzt, z. B. die Luftzellen durch eine pneumatische, die Saftzellen durch eine viskose Komponente, die Zellwand- und Faserstruktur jeweils durch schwachere oder starkere elastische Kompo- nenten. In einem Konsolidometer wurde versucht, diese Modellvorstellung durch eine Deformations-/Zeit-Kurve zu verifiieren. In der ersten Phase brechen die Luftzellen auf, und die Luft wird herausgedriickt. In der zweiten Phase erfolgt eine plastische Deformation der schwacheren Cortex- Zellwandstruktur unter Ausdrucken der Zellinhalte. In der dritten Phase werden die starkeren Fasem zerstort. Bei nied- rigem PreSdruck verlauft der Deformationsweg asympto- tisch auf einen durch die elastische Festigkeit der Faser- struktur vorgegebenen Grenzwert m. Insgesamt hat dieses quahtative Modell zu einem vertieften Versthdnis des Materialverhaltens beigetragen.

In einer Arbeit von Segerlindet al. "wurden konditionierte Mohrenscheiben in einer Universal-Priifmaschine bei kon- stanter PreBgeschwindigkeit um 10 Yo deformiert und das Relaxationsverhalten auf der Grundlage des Marwell- Modelles ausgewertet. MaBgebende EintluBgroBe auf die Stoffmechanik ist die Materialfeuchte. Beispielsweise ist die zum Erreichen eines bestimmten Deformationsgrades erfor- derliche Kompressionskraft bei einer Materialfeuchte von 86010 um den Faktor zehn grokr als bei 76%. Die Relaxation der Reaktionskraft erfolgt um so schneller, je feuchter das Material ist.

Von Heilscher und Steer27 wurden rheologische Aspekte bei der Obstmaischepressung diskutiert. Als die rheolo- gische Gesamteigenschaft des PreBgutes charakterisierende GroBe fiihren sie die sogenannte ,PreBbarkeit" ein. Modell- mii5ig wird das PreBgut als ein Feststoffgeriist aufgefdt, in dem Flussigkeit und Gas eingeschlossen sind. Die Verfasser teilen den PreBvorgang in drei Abschnitte auf. Im ersten Abschnitt erfolgt das Austreiben von Gas und eine uberwie- gend elastische Verformung des PreBgutes. Das eingeschlos- sene Fluid triigt effektiv zur Festigkeit des Feststoffes bei, wed aus ganzen Zellen nur bestimmte niedennolekulare Anteile im Sinne einer Umkehrosmose herausgepreBt wer- den konnen. Wird jedoch ein ZellaufschluB durch hydro- thermische Konditionierung, Materialzerkleinerung oder Enzymeinwirkung herbeigefiihrt, so erfolgt in einem zweiten Abschnit t die Flussigkeit sabtrennung . Dieser Abschnit t dauert so lange an, bis die FlieBgrenze erreicht ist und die FlieBwege verstopfen. Dabei triigt der nunmehrin den Kapil- laren eingeschlossene PreBsaft zurn verstarkten Druckauf-

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bau bei.. Die Maischeeigenschaften in diesem dritten Ab- schnitt werden als ,strukturviskos" bzw. als ,plastoviskos" angegeben.

Schlecht preBbare Guter weisen im allgemeinen niedrige FlieBdriicke auf; bei hoheren PreBdriicken hhrt die leichte Verformbarkeit des plastisch gewordenen Materials zu einem raschen Verstopfen der FlieBwege. Festzuhalten ist, daB die Materialrheologie sowohl durch die Vorbehandlung als auch durch die Vorgange im festen Bett (Gewebezersto- rung und FlussigkeitsabfluB) entscheidend verandert wird. In der Dreiteilung des PreBvorganges liegt gute Uberein- stimmung mit der Arbeit von Aboaba et al. vor.

In der Arbeit vonSchade1 et al. " werden mar keine direk- ten Aussagen zur Stoffrheologie mitgeteilt, jedoch sind die Verhderungen der Materialstruktur beim Pressen von Erd- nussen in einer hydraulischen Presse (bis 14MPa) durch raster-elektronenmikroskopische Aufnahmen belegt. Die Verfasser interpretieren Schwachstellen in der Zellwand nativer ErdnuBkerne als ,Sollbruchstellen", die wahrend des PreBvorganges aufplatzen und den Zellinhalt austreten las- sen. Femer wurden markante Risse der Zellwandoberflache beobachtet, die ebenfalls als FlieBwege dienen konnen. Im Zusammenhang mit den Aussagen von Schwarkberg uber Exsudationsprozesse sind diese Befunde von erheblicher Bedeutung.

4.4. Arbeibn uun Shirato <urn PreJf&kren Zwischen den verfahrenstechnischen Aufgabenstellun-

gen Trennpressen und PreBfdtrieren sind enge Beziehungen zu sehen. Bestimmte Grundvorgange konnen in direkte Analogie gesetzt werden. Allerdings sollten betriichtliche Untersduede nicht ubersehen werden: die PreBfiltration arbeitet im allgemeinen mit Betten aus Feinstoffen und auBerer Flussigkeitsphase, dagegen haben die durch Trenn- pressen zu verarbeitenden Materialien ubenviegend eine zel- Mare Struktur mit einem hohen Anteil an innerer Flussig- keit. Fur die Untersuchungen zurn Trennpressen konnen jedoch die theoretischen und experimentellen Ergebnisse der Arbeiten aus der Gruppe um Shiruto uber Grundlagen der PreBfdtration und deren Systematik mit groBem Nutzen verwendet werden. An dieser Stelle kann nur ein Uberblick zu den zahlreichen Veroffentlichungen der Shirato-Gruppe gegeben werden. Einfiihrend sollen die Arbeiten von Shirato et al. 31 und von Ward angefiihrt werden. Die Modellvor- stellung zur PreBfiltration, die sich auf die Konsolidations- gleichung von Terzaghistutzt, wird in einem spateren Beitrag behandelt.

Die experimentellen Arbeiten wurden mit einer vielseitig ausgestatteten Stempelvonichtung fiir alle drei Fuhrungsar- ten der PreBfdtration mit Zement, Kaolin und Lehm sowie mit Mischungen dieser Stoffe durchgehhrt. Die Ergebnisse h r die Falle konstanter Geschwindigkeit, konstanten PreB- druckes und h r den Fall, daB beide GroBen variant sind, wurden in zwei Arbeiten 29330 veroffentlicht. Grundsatzlich sind beim PreBfdtrieren zwei Teilschritte zu unterscheiden: - in der Filtrationsphase - beschreibbar durch die Ruth-

Gleichung - baut sich der Filterkuchen aus der Suspension auf;

- in der Konsolidationsphase,beginnend mit dem Aufsetzen des hckstempels auf der Oberflache des Filterkuchens, wird durch Kompression das Porenvolumen unter Austritt von PreBflussigkeit verringert. Der Gesamtdruck verteilt sich dabei auf die Flussigkeit und auf den elastisch-riick- stellenden Feststoff. Der fiir den Flussigkeitsaustritt wirk-

FETTE . SEIFEN XH. Jahrgang

ANSTRICHMITTEI. Nr. !I 11JHti

same Druck wird mit fortschreitender Abpressung gerin- ger. Der Modellmechanismus der Konsolidationsphase basiert auf den Terzaghi-Gesetzen der Bodenmechanik.

Die Gutbewegung ist in der Konsolidationsphase wegen der Wandreibungseffekte, infolge interpartikuliirer Reibung und Verhaken unregelmaBiger Partikel nicht gleichmaig iiber das ganze Kuchenvolumen verteilt. Femer tritt eine sekundiire Verdichtung des Filterkuchens ein, die durch Stromungszug des durMieBenden Filtrates sowie durch Kriecheffekte des Feststoffes hervorgerufen wird. Infolge- dessen ist die Porositat im Kuchen ortsabhhgig: sie nimmt in Richtung des Filtermediums zu. Dadurch unterscheiden sich Kuchenpermeabilitat und Flussigkeitsgeschwindigkeit in verschiedenen Orten einer zum Seiher giquidistanten Ebene. Der Gesamtdruck wird am PreBstempel gemessen. Aus der Merenz der beiden Driicke kann der Betrag des Feststoffdruckes berechnet werden, wenn die Terwhi-Vor- sellung iiber die Druck-Umverteilung zugrunde gelegt wird. Allerdings wurden von Shirato die Porositats- und Druck- messungen im.. ungepreBten Filterkuchen vorgenommen, was bei einer Ubertragung auf das gepreBte Partikelhauf- werk zu beriicksichti en ist. Die spateren exErimentellen Arbeiten von Shirat~'-~~ hatten zurn Ziel, die Ubertragbar- keit der theoretischen Vorstellungen auf bestimmte reale Gegebenheiten zu verbessem. Beispielsweise wurden die Verhdtnisse in ungesattigten Gemischen studiert, d. h. in PreBkuchen, bei denen das Porenvolumen nicht vollsthdig mit Fliissigkeit gefiillt ist. Mit Gemischen aus Lehm und Fil- terhilfsmittel wurde der Effekt der sekundaren Bettverdich- tung durch Kriechen untersucht. Ferner sind die Experi- mente von Shirato iiber den DurcMuBwiderstand des Kuchens und des Filtermediums anzufiihren.

Der Auswahl der referierten Arbeiten lag die vorrangige Themenstellung des Trennpressens von Olsaaten zugrunde. Die Arbeiten iiber die PreBfdtration von Schlammen, iiber das Pressen von Fruchtmaischen und Entwiissem von Riibenschnitzeln sollten in einer solchen ijbersicht aus Griinden der Referenzbetrachtungen jedoch nicht auBer acht bleiben. So wird auch im nachfolgenden Kapitel iiber experimentelle Arbeiten an Schneckenmaschinen auf nicht- olhaltige Materialien eingegangen. Die iiberwiegend schliis- sigen experimentellen Belege des StempelpreBversuches sind bei Schneckenmaschinen aus verstiindlichen Griinden weitaus seltener.

5. E x p e r i m e n t e l l e A r b e i t e n i iber S c h n e c k e n m a s c h i n e n

In einigen Bereichen des industriellen Trennpressens, ins- besondere in der Olmiillerei und in der mechanischen Ent- wksserung von Zuckeniibenschnitzeln, ist die Stempelpresse von der Schneckenmaschine verdriingt worden. Diskonti- nuierliche Betriebsweise und vergleichsweise geringer Durchsatz sind evidente Griinde. Andererseits miissen in einer Seiher-Schneckenpresse bestimmte Eigenschaftsiinde- rungen des Materials w h e n d des PreBvorganges als Vor- aussetzung fiir einen Druckaufbau gegeben sein. Vom Kuchen ist hinreichende Permeabilitat f i r die fliissige Phase zu fordem. Hochfetthaltige PreBgiiter, entweder mit schwa- cher Feststoffstruktur oder aus kleinen, weichen Partikeln bestehend, erfiillen diese Voraussetzungen nur unzurei- chend. Es ist deshalb verstiindlich, daB mit rein translatori- scher Kompression arbeitende Pressen noch Anwendung finden. Beispiele sind die liegend angeordnete Etagenpresse zum Abpressen von Kakaobutter und &e Bandpresse fiir die

Entwiisserung von Schlammen. Dariiber hinaus ist der Stem- pelpreBversuch als Instrument zur Untersuchung der Kom- pressions- und Perkolationseigenschaften von PreBgiitern unerlaBlich. Die Probleme der Ubertragung der unter den vereinfachenden Randbedingungen der Stempelpresse ge- wonnenen Ergebnisse auf die Verhaltnisse in der Schnecken- maschine sind jedoch so erheblich, daB die Dimensionierung von Schneckenausriistungen nach wie vor eine empirische Anpassung an das zu verarbeitende PreBgut erfordert.

Der Einsatzbereich von Schneckenpressen bei der Olsaa- tenverarbeitung ist je nach Durchsatzleistung und ange- wandten PreBdriicken einzuteilen in - Vorpressen mit Durchsatzen von 100 bis 200 t/d bei PreB-

driicken im Bereich 250 bis 300 bar und nachgeschalteter Extraktion des gebrochenen Schilfers, oder in

- Fertigpressen mit Durchsatzen von 30 bis 45 t/d bei PreS- driicken im Bereich 400 bis 1000 bar. Die Durchsatzleistungen und anzuwendenden PreB-

driicke hiingen vom zu verarbeitenden Material ab. Eine Zusammenstellung der Daten f i r die wichtigsten Olsaaten ist bei Knuth et al. 44 zu finden. Die Arbeit von Tindale und Hi l l -Haa~~~ gibt einen Einblick, welche Rolle dem Aufbau der Presse, d.h. dem Pressentyp zukommt.

Der iiberwiegende Teil der publizierten Arbeiten iiber experimentelle Untersuchungen an Schneckenpressen ist in Form von Betriebsberichten erschienen. Behandelt werden Probleme der optimalen Einstellung der Betriebsparameter sowie der Maschinenregelung. Natiirlicherweise orientieren sich diese Arbeiten an den Stoffeigenschaften. Angespro- chen wird in erster Linie der Olmiihlenpraktiker. Erst in den 80er Jahren wurde in den Arbeiten von Eggers et al. 50 und von Zajk et al. 51~ers~cht,iiberMessungendes Radialdruck- profils ltings der Schnecke einen kausalen Zusammenhang zwischen PreBausbeute und direkt an der Schneckenma- schine gemessenen Betriebswerten aufzuzeigen.

Dem Charakter der besprochenen Arbeiten entsprechend werden die nachfolgenden Referate eingeteilt in Maschinen- beschreibungen, Betriebsberichte iiber spezielle PreBgiiter und in Arbeiten iiber Vorghge in Schneckenmaschinen.

5.7. Maschinenbeschreibungen iiber die Schnecken-

presse als Fest/fliissig-Trenneinrichtung ist als eine der ersten Arbeiten zu diesem Themenkreis anzusehen. E m gibt eine Einfiihrung in den Aufbau und die Anwendung von Schnek- kenpressen, und zwar nicht nur im Olsaatenbereich, sondem auch in der chemischen Industrie, in der etwa seit den 5Oer Jahren eine stiindige Zunahme an Einsatzfdenmit demZiel der kontinuierlichen ProzeBfiihrung zu velzeichnen ist.

In der Arbeit von Tindale und H i l l - H ~ a s ~ ~ ist das Ange- bots-Programm von neun Schneckenpressen-Herstellem f i r die Olsaatenpressung iibersichtlich zusammengestellt. Im Vordergrund steht der Maschinenvergleich nach Durchsatz und Ausriistung. Dabei wird insbesondere unterschleden zwischen Maschinen, deren auswechselbare Schneckenaus- riistung zwecks Erzielung eines niedrigen Restfettgehaltes die spezielle Anpassung an die PreBaufgabe bzw. an das PreBmaterial erlaubt und solchen, die lediglich eine Teilredu- zierung des Olgehaltes vor einer Extraktionsstufe bewirken sollen. Die vergleichendenhgaben sind in einer ijbersichts- tabelle zusammengestellt. Die Autoren prognostizieren, daf3 Schneckenpressen fiir das Vorpressen hocholhaltiger Saaten vor der Extraktion aktuell bleiben werden. Schneckenma- schinen stellen aber auch als Fertigpressen eine attraktive

Die ijbersichtsarbeit von

FETTE . SEIFEN . ANSTRICHMITTEL 88. Jahrgang Nr. 9 1986 335

Investition dar, weil d e Likemittelextraktion kiinftig kriti- scher bewertet werden wird.

Ebenfalls als allgemeine ijbersicht ist die Arbeit von Bre- d e ~ o n ~ ~ zu verstehen, und zwar mit besonderer Betonung der Gegebenheiten in den Vereinigten Staaten. Wenn auch die Lijsemittelextraktion in der Olmuhlentechnik dominiert, so werden doch in uber 100 Olmiihlen Schneckenmaschinen in betriichtlichem Umfang eingesetzt, und mar nicht nur als Vorpressen, sondem auch als Fertigpressen fiir Maiskeime, Kakao und Kaffeeol.

Die Entwicklung der Schneckenmaschinen verlief zu hoheren Kapazitaten, lhgeren Seiherkorben, zu einer in- tensiveren Aufbereitung durch Brechen der Ze l lw~de und einer exakten Konditionierung. Fur Baumwollsaat wurden Restolgehalte von 3 bis 3.5% bei guter Olqualitat realisiert. Der Verschleil3 der Schnecken und Seiher wurde durch Pan- zerung veningert . Ferner wurden Verbesserungen durch Sei- her- und Schneckenschaft-Kuhlung erreicht . Durch Einsatz- gebiete auch auBerhalb der Olmiillerei wurde die Entwick- lung immer starker spezialisierterer Schneckenpressen not- wendig. In den weniger entwickelten k d e r n wird die Olmiillerei ausschlieBlich mit Schneckenmaschinen betrie- ben. Wenn aufgrund der Infrastruktur Anlagen zur Lijsemit- telextraktion entstehen, dann werden die Pressen mit groBe- rer Kapazitat umgeriistet und als Vorpressen eingesetzt.

In der Arbeit von Singer4' werden vor allem die Vorghge im PreBgut beschneben. Auf Fragen der Bedienung und Wartung der Schneckenpressen wird eingegangen. Die wesentlichen, materialbedingten Problempunkte sind fol- gende: - ein Uberschreiten des optimalen Drucks fiihrt zu keiner

Steigerung der Olausbeute, da die Zwischenriiume zwi- schen den Saatpartikeln so eng werden bzw. derart ver- stopfen, daB die Oberflachen- und KapillarMte den OlausfluB hemmen;

- groBer Druck verdriingt die Olhautchen an der Oberflache der Teilchen, so da13 diese in direktem Kontakt miteinan- der stehen, wodurch die Eiweil3stoffe miteinander verkle- ben und einen zu stabilen Kuchen bilden;

- das Aufbereiten durch Flockieren verkiirzt die k g e der Kapillaren und erleichtert den AbfluB. Optimaler Schalengehalt im PreBgut, vollstandiger Zell-

aufschluB und Absattigung der Oberflachenkriifte durch Wasser verbessem die AbpreBbarkeit. Der Autor gibt femer detaillierte Angaben uber Betrieb und Wartung der Pressen und Erklhngen fiir mogliche Stofialle im PreBbetrieb, bei- spielsweise AbfluBminderung, Erhohung des Trubgehaltes, zu hohes Restol im Schilfer usw. Zu den einzelnen Storfdlen sind MaBnahmen zu ihrer Behebung angegeben.

Die referierten Betriebsberichte befassen sich in erster Linie mit Problemen der Olmiihlenpraxis und weniger mit der theoretischen Durchdringung der Grundlagen des Pres- sens. Die folgenden Arbeiten beschreiben das Abpressen spezieller Guter, ohne die inneren Vorgange in der Maschine im Detail zu erfassen. Hierm sind auch Arbeiten herange- zogen worden, die sich mit nicht-olhaltigen Stoffen beschaf- tigen.

v e r h g t wird. Die Konditionierung des PreBgutes enthdt eine fermentative Stufe: nach der mechanischen Aufberei- tung des Obstes wird die Maschine mit pektinspaltenden Enzymen versetzt. Pektine behindern den SaftabfluB. Durch eine Enzymbehandlung wird die Saftviskositat vermindert und die Ausbeute um ca. 17% gesteigert. Der fermentative Pektinabbau ist eine unerlaBliche Voraussetzung fir die PreBbarkeit von Apfelmaischen, insbesondere bei stark pek- tdaltigen Apfeh.

Der kontinuierlichen Pressung ist eine Trennschleuder zur Vorentsaftung vorgeschaltet. Die Schneckenwelle der Presse wird durch Dampf beheizt, wodurch die Saftausbeute erhoht wird. Bei weichen Friichten ist eine Zugabe von 3% PreD- hilfsmitteln notwendig. Trotzdessen bleiben Schneckenpres- sen mit einer Saftausbeute von 68VlOOkg Maische um ca. 15 1 unter der Ausbeute einer Packpresse; auBerdem ist der Trubstoffgehalt hoher. Okonomische Griinde sprechen fiir die Weiterentwicklung der Entsaftung mit Schneckenma- schinen, jedoch sind Materialaufbereitung und Kondtionie- rung fiir den Aufbau eines preBbaren Kuchens und f i r den AbfluB der flussigen Phase entscheidend.

Uber das Vorpressen von Raps und Sonnenblumensaat wurde von in zwei Arbeiten berichtet, die sich durch eine sehr detaillierte Darstellung der materidseitigen EduBgroBen auszeichnen. Die mechanischen Eigenschaf- ten hoch-olhaltiger Saaten schwanken zwischen den Grenz- eigenschaften ,,hart und faserig" und ,,weich", dle einerseits durch Kopra und andererseits durch Erdniisse repriisentiert werden. Zwischen diesen beiden Extremen bewegt sich das Verhalten der ubrigen interessierenden Saaten. Jede Saat verlangt eine spezielle Aufbereitung und Konditionierung, die darauf Riicksicht nehmen mu& ob vor- oder fertigge- preBt wird. Die besondere Bedeutung der Materialaufberei- tung wird hervorgehoben, da die PreBtrennung wegen der Veningerung der Kapillarwege bei der Kompression ein ,ProzeB mit Selbstbehinderung" ist. Ward diskutiert die Kopplungsbedingungen zwischen

Vorpressen und Nachextraktion: einerseits vemngert ein niednger Schilferolgehalt das LijsemitteVFeststoff-Verhdt- nis, andererseits ist das Eindringen von Lijsemittel in ein zu stark komprimiertes Schilfergranulat erschwert. Wird der Schilfer zur Verbesserung der Extraktion zu weit zerkleinert, verschlechtert sich die Perkolationsfahigkeit im Extraktor- bett. Folglich mu0 jede PreBoperation - sei es das Vorpressen oder das Fertigpressen - auf einen optimalen GesamtprozeB orientiert werden. Eine ubersichtliche und Hare Nomenkla- tur sowohl fur die Bauelemente der Schneckenmaschme als auch f i r die am PreBprozeB beteiligten Phasen ist ange- geben. Bei der Funktionsbeschreibung der Schneckenma- schine wird auf die Analogie zur Kolbenpresse zuriickge- griffen.

Die Volumenverringerung in der PreBkammer vom Feed- punkt bis zum Austrag weist im mittleren Bereich der Schneckenliinge den starksten Gradienten auf. Entschei- dend fiir den axialen Transport ist eine hohe Reibung am Sei- her. Der von Ward angegebene Verlauf des Radialdruckes uber der Seiherltinge hat - im Unterschied zu den noch zu besprechenden Ergebnissen von Eggers - sein Maximum im ersten Drittel, d.h. etwa dort, wo der Feedabschtt endet und die Kompressionszone beginnt. Fur den Verlauf des axialen Druckes wird ein Verlauf etwa analog zur Radial- druckverteilung angegeben. Der steile Anstieg des Axial- druckes in der Kompressiovzone erschwert die Einspeisung und driickt ausgepreBtes 01 zum Feedende hin. Dadurch wird die notwendige Seiherreibung vemngert, und dem

8X.Jahrgang Nr. !I I!)Rti FETTE SEIFEN ANSTRICHMITTEL

5.2. Be~bsberichte iiber spe&le PreJgiiter Eine Veroffentlichung von Neubert " uber die kontinuier-

liche Fruchtsaftgewinnung mit Schneckenmaschinen ist als charakteristisches Beispiel fiir eine Branche anzufuhren, in der aus Griinden der Rationalisierung die Packpresse durch Schneckenmaschinen horizontaler oder vertikaler Bauweise

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axialen Transport uberlagert sich ein radialer Schlupf. Durch spezielle, in den PreBraum hineinragende Elemente des Sei- hers wird das Rotieren des PreBgutes unterbunden.

Fur die beiden Materialien mit Grenzeigenschaften sind PreBdaten zusammengestellt. Hart-faserige Kopra erfordert eine Konditionierung bei 125' Cund einen Endwassergehalt von 1.5 010. Der Seiher muBgekiihlt werden, um Geschmacks- beeintriichtigungen des Oles durch Oxidationseffekte zu vermeiden. Beim Vorpressen wird Kopra feiner gemahlen und auf 3 bis 4% Feuchte konditioniert. ErdnuB ist bei 115O C und einer Feuchte von 3.,5 bis 4.5% zu konditionieren. Mit Rucksicht auf die geringe mechanische Festigkeit des PreB- gutes ist h r eine hohe Reibung am Seiher zu sorgen. Der Druckaufbau in der Presse muB sehr sensibel gehandhabt werden, um der Neigung des PreBgutes zur Feinkombildung entgegenzuwirken. Fur eine gegebene Maschine sind die Durchsatze bei ErdnuBpressung geringer als fiir andere PreBgiiter.

Beim Vergleich des Vorpressens von Raps- und Sonnen- blumensaat weist Ward auf die Notwendigkeit des Vorwar- mens und der Flockierung der Rapssaat hin,um einen hinrei- chenden AufschluB der Saat und giinstige plastische Eigen- schaften des PreBgutes zu erreichen. Bei Verarbeitung von nicht-enthiillter Rapssaat ist die erhohte Ruckhaltung von 0 1 und Liisemittel auf die Hullen zuriickzufiihren. Ein ,Kochen" der Saat veningert die Viskositat des Oles, die EiweiB- und Phosphatidanteile werden koaguliert bzw. fUrert, die Enzyme denaturiert und der ZellenaufschluB in der Schneckenmaschine ist vollstandiger. Insgesamt fiihrt das Kochen bei 85 bis 900 C zu einer fiir das Pressen giinsti- gen Saatfeuchte von 5.5 bis 6 Yound damit zu einer optimalen PreBgutkonsistenz. Der vorgepreate Schilfer enthdt 17 bis 20Vo 01, wobei die bereits angesprochenen Forderungen aus der nachfolgenden Extraktionsstufe beziiglich Kuchenper- meabilitat, KomgroBe und KomgroBenverteilung zu beriicksichtigen sind.

Auch fur Sonnenblumensaat fiihrt Ward Griinde fiir die Saatschdung an. Die Durchsatzleistung wird um mehr als 20% erhoht. Zur einwandfreien PreBkuchenbildung ist ein Hullenanteil von 8% jedoch von Vorteil. Femer werden durch die Enthiillung die Olausbeute gesteigert, der Ver- schleiB in der Maschine und die Liisemittelverluste bei der Extraktion emiedrigt und der EiweiBanteil im Extraktions- schrot von 28 auf 41% erhoht. Als Nachteile, die mit dem Direktpressen, d. h. dem Abpressen unkonditionierter, nicht enthiillter Sonnenblumensaat verbunden sind, nennt Ward die erhohte Feinanteilbildung und den hohen Anteil an freien Fettsauren im kaltgepreBten 01. Energieaufwand und Verschleis der Presse sind erhoht. Fur groBere Produktions- mengen kommt ein derartiger Betrieb nicht in Frage.

Die Arbeiten von Knuth et al. 44 und von Homann et al. 45

sind ebenfalls am GesamtprozeB der Saatverarbeitung orientiert. Von Knuth et al. wird der Saatkonditionierung breiter Raum gewidmet : Warmepfanne und Trommelkondi- tionierer werden verglichen. Aus verfahrenstechnischer Sicht ist der Trommelkonditionierer wegen des engen Ver- weilzeitspektrums der Saat einer Warmepfanne uberlegen.

Die Verfasser geben zwei prinzipiell unterschiedliche Moglichkeiten fiir den Druckaufbau an: Verringerung des PreBraumes uber der Maschinenliinge oder aber Fordem gegen eine spezielle Drossel in Form eines engen Ringspaltes. Beide Prinzipien fiihren zu einem unterschiedlichen Verlauf des Druckes iiber der Schneckenliinge: im ersten Fall stetig ansteigend und nach Uberschreiten des Maximums progres-

88.Jahrgang Nr. 9 1986 FETTE SEIFEN . ANSTRICHMITTEL

siv abfallend; im zweiten Fall mit einem ausgesprochen stark progressiven Anstieg bis zu einer ,Maximumsspitze", und danach ein nahezu linearer starker Abfall zum Konus. Die Verfasser diskutieren die beiden unterschiedlichen Verliaufe auf der Grundlage von ijberlegungen zur Schleppstromung, wie sie im Zusammenhang mit dem Kunststoff-Extruder von Meskat eingefiihrt worden sind. Die vorwiirts gerichtete Schleppstromung der Saatpartikel beruht auf der Transport- wirkung der Schneckedanken. Die nach riickwiirts zum Feedende gerichtete Druckstromung entsteht aus der Axial- druckverteilung. An der Drosselstelle mit dem Maximal- druck tindert die Druckstromung ihre Richtung, so daO der Transport zum Konus hin unterstiitzt wird. Als Beleg f i r ihre Hypothese fiihren die Verfasser die Beobachtung an, daB in diesem Bereich die hinteren Flanken des Schneckenganges wegen der Uberstromung in positiver axialer Richtung star- ker verschleiBen als die Druckflanken. Fur eine Vorpresse und eine Fertigpresse sind Leistungsdaten fiir Durchsatzund Rest01 beim Betrieb mit verschiedenen Materialien ange- geben. Fur eine Fertigpresse werden gemessene Lhuckver- laufe (max. 40 MPa fiir Baumwollsaat) und Versuchsergeb- nisse zum erreichten Restolgehalt (bezogen auf den Maxi- maldruck) mitgeteilt.

In der Arbeit von Homann et al.45 werden die Ziele der Konditionierung und die Argumente fiir ein moglichst enges Verweilzeitspektrum des Materials im Konditionierer zusammengestellt und Entwicklungstendenzen im Bau von Schneckenmaschinen aufgezeigt. Insbesondere werden ijberlegungen fiir eine Maschinenkonzeption unter Verwen- dung von Drosselelementen vorgestellt. In Fortfiihrung der in der Arbeit von Knuth et al. angestellten Erorterung iiber denvollstkdigen Druckabbau hinter der Drossel wird durch Einbau von drei Drosselstellen ein sagezahnartiger Druck- verlauf uber die Seiherltinge angestrebt. Als Vorteile der neuen Konzeption fihren die Verfasser an, daO sich ein Schneckenautbau aus weniger Schneckenteilen erreichen lasse, wodurch weniger Trennfugen erforderlich sind und damit Korrosionsprobleme gemindert werden; auI3erdem seien die geometrisch einfachen VerschleiBteile kostengiin- stiger. Infolge der starken S c h e r m e im Bereich der Drossel erfolge ein zusatzlicher AufschluB der Saat.

Versuchsergebnisse zum Restolgehalt in Abhhgigkeit vom Durchsatz bei unterschiedlichen Materialfeuchten sind fiir Kopra und fiir Raps mitgeteilt. Der Restolgehalt reagiert auBerordentlich sensibel auf den Wassergehalt des PreBgu- tes, was durch Versuche mit Kopra und Raps an einer Labor- maschine belegt wird. Bei der Bewertung des Betriebsopti- mums sind selbstverstiindlich noch zusatzlich Fragen des VerschleiBes und der Bildung von Feinanteilen zu beriick- sichtigen.

Die Arbeiten von Southwd 46 und von Tang und Teoh 47

befassen sich mit dem Einsatz von Schneckenpressen zur Gewinnung von 0 1 aus Palmfriichten und Palmfruchtker- nen. Southworth gibt eine ijbersicht uber die Anforderungen, die speziell an die Palmfruchtpressung gestellt werden. Ins- besondere Digester und Presse mussen im Zusammenhang gesehen werden. In einigen Eden wird mit Futterschnecken gearbeitet. Der PreBdruck wird durch einen hydraulisch gesteuerten Konus eingestellt. Die auf dem Markt befmd- lichen Pressen unterscheiden sich weniger in den erreich- baren Produktqualitaten, sondem mehr beziiglich des Durchsatzes und insbesonsere in den Betriebs- und Kapital- kosten.

Eine Auflistung der Betriebsvariablen und ihrer Auswir- kungen sowie die Probleme der praktischen Regelung des

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PreBprozesses werden diskutiert. Versuchsergebnisse uber den E i u B der Futterung und des Konusdruckes auf Durch- satz, Olverlust und Kembruch werden mitgeteilt. Eine Reduzierung der Olverluste unter 6% kann nur durch betr'dchtlichen Kembruch erkauft werden. Wichtiger er- scheinen f i r die Zukunft eine Senkung der Betriebskosten und eine Erhohung der Zuverliissigkeit der Pressen zu sein. Kunftige Entwicklungen mussen insbesondere die Regelung des Konusdruckes und der Futterschneckendrehzahl im Sinne eines schnellen Reagierens auf von Mmute zu Minute eintretende Veriinderungen im Olverlust,im Kembruchund im Durchsatz zum Ziel haben.

In der Arbeit von Tang und Teoh 4 7 werden die drei mogli- chen Varianten der Palmkernverarbeitung durch mecha- nische Pressung, reine Liisemittelextraktion und den kombi- nierten ProzeB mit Vorpressung und anschlieBender Extrak- tion vergleichend tabelliert und die notwendige Saatvorbe- handlung durch Flockieren und Konditionieren (bis 1100 C, 3 Yo Feuchte) beschrieben. Der Vergleich der drei Verfahrens- varianten steht im Vordergrund, ohne daB auf Details der Palmkempressung eingegangen wird.

Den besprochenen Arbeiten zu diesem Abschnitt ist ge- meinsam, daB Betriebsergebnisse mitgeteilt werden, wobei stets die besondere Rolle der Konditionierung herausgestellt wird. Welche besondere Bedeutung den elastoplastischen, vom Wassergehalt des PreBgutes abhangigen Eigenschaften zukommt, wird dabei am besten durch die Ergebnisse der Arbeit von Homann et al. dokumentiert.

In Konsequenz der Schwierigkeiten, die einer detaillierten Untersuchung der internen Materialver'dnderungen ent- gegenstehen, wurde von Hasenjager und Schmidt-Mende sowie von Fehsenfeld et al. ein Ansatz beschrieben, dei die Schneckenmaschine als kybernetisches Modell behandelt. Die beiden Arbeiten werden in einem spateren Beitrag refe- riert.

5.3. Arbeiten fiber Vigange in Schneckenmuschinen Fragen nach den kausalen Zusammenhangen der Vorgiin-

ge in Schneckenmaschmen, d. h., der Versuch, beobachtbare und meBbare GroBe im Zusammenhang mit den Stoffeigen- schaften und Betriebsbedingungen zu sehen, wurden bereits im Jahre 1962 mit den Arbeiten von Meskat 48 und von. Paw- lowskiq9 gestellt. Beide Arbeiten haben mar nicht die Olsaa- tenpressung zurn Gegenstand (Meskat befaBte sich mit der Alkalmlluloseherstellung, Pawlowski arbeitete mit einer strukturviskosen Polyacrylamidlosung) , aber viele der spate- ren Arbeiten basieren auf den damaligen Befunden. Bei- spielsweise geht der bereits benutzte Begriff der Schleppstro- mung und der Druckstromung auf die Arbeiten von Meskat zuriick. Auch die Aussagen, daB sich die Zellulose in den ersten Gangen der Schnecke wie eine viskose Suspension verhalt und sich wahrend des AbpreBvorganges und der Be- seitigung der Flussigkeit mehr und mehr ein plastoelasti- scher Zustand einstellt, lassen sich durchaus auf die Vorgiin- ge beim Abpressen von Olsaaten ubertragen. Die von Paw- lowski bei der Schneckenforderung nachgewiesene spiralfor- mige Bewegung wird dann mit zunehmender Verfestigung mehr und mehr in eine pfropfenformige iibergehen. Nach Meskat stellt sich eine FlieBgrenzverteilung zwischen Seiher und Schneckenoberflache ein. Die FlieBgrenze nimmt mit zunehmender Flussigkeitsabtrennung am Seiher zu, so daB zum Schneckenende hm die Wirbelbewegung im Kanal zurn Erliegen kommt. Bei hinreichend groBer tangentialer Schub- spannung am Seiher bleibt (ein hinreichend groBer plasti-

scher Anteil vorausgesetzt) eine stationiire Mischbewegung erhalten. Bei weiterer Entwiisserung verschwindet auch diese Sekundarstromung, und die Masse bewegt sich wie ein fester Pfropfen durch die Schnecke. Bei ausreichender Umfangsreibung wird in diesem Fall eine reine translato- rische Bewegung des Feststoffes erreicht. Meskat stellt fest, ,daB die Schneckenpresse im Verhdtnis zur Tauchpresse nicht ein formschlussiges, sondern ein ausgepr'dgt krafi- schlussiges System ist,das sich in einem Gleichgewicht befm- det', wobei jede hderung der Eigenschaften des konditio- nierten Materials, beispielsweise der Wassergehalt, wiede- rum hderungen in den rheologischen Eigenschaften her- vorruft, dle dieses Gleichgewicht storen.

Diese Anmerkungen zu den Arbeiten von Meskat und Pawlowski erhellen die Schwierigkeiten, vor denen eine ana- lytische Fassung der AbpreBvorgiinge steht. Es sind zwei neuere Publikationen bekannt, in denen der Versuch unter- nommen wird, Einblicke in die Veranderungen des PreB- gutes entlang der Schneckenachse zu gewinnen.

In der Arbeit von Eggers et al." werden als vier Optimie- rungsziele genannt : hohere 01- und Schilferqualitat, hoherer Durchsatz, eine einfache Adage mit geringer S t o d d l i g - keit und die Reduzierung des Energieeinsatzes. Man wird dann zu einem Optimum fmden, wenn uber die gesamte Sei- herflache der Presse eine moglichst gleichmaBige OlfluB- dlchte vorliegt. Eine quantitative Ubertragung von Stempel- preljergebnissen auf die Seiherpresse erscheint jedoch nicht moglich. Deshalb ist zu versuchen, MeBwerte an versduede- nen uber die k g e des Seihers verteilten MeBorten zu gewinnen. Ziel ist, das Druck- und Temperaturprofil uber die Maschinenachse aufzunehmen und mit dem PreBergebnis (Durchsatz, Restol) zu korrelieren. Die Verfasser haben ver- sucht, anhand eines mathematischen Modells Druckverlaufe von Schnecken bestimmter Geometrie zu berechnen. Der Ansatz stutzt sich auf ein Extrudermodell von K. Schneider unter Annahme eines geschlossenen Mante1s;die Ldsung hat die Form einer Exponentialfunktion. Als stoffcharakterisie- rende GroBe wurde die Kompressibilitat des Rapsschilfers in das Modell eingefuhrt. Die Seiher- und Schneckenreibung konnten jedoch nur als grobe Abschatzungen beriicksichtigt werden. Im Experiment wurde der Radialdruck uber der h g e

einer Schnecke an sieben Stellen gemessen. In Abstanden von l0Omm wurden piemresistive Druckaufnehmer in Sei- herstabe eingeschraubt und das Druckprofd uber die Schneckenliinge bestimmt. Mit der Frequenz der Schnecken- drehzahl schwankt der Druck, wenn sich ein Schneckengang unter der DruckmeBmembran hindurchbewegt ;es wird folg- lich zwischen einem statischen und einem dynamischen Druck unterschieden. In der Versuchsanordnung von Eggers schwankte dieser Druck zwischen 30 und 55 bar.

Die experimentellen Befunde wurden mit der mathemati- schen Liisung verglichen. Uber die erste Hdfte der Schnecke steigt der Druck in Ubereinstimmung mit der Modellrech- nung nur schwach an, was zu einer relativ langen, trockenen Anlaufmne fihrte. Durch gezielte Veranderungen der Schneckengeometrie konnte eine VergleichmaBigung des Abflusses erreicht werden. Anzustreben ist, daB sich das Druckprofd uber die Schneckenlange zwischen einem mini- malen und einem maximalen Druck bewegt, d. h. einehinrei- chend starke Kompression zurn Austreiben des Oles vor- liegt, aber kein Uberschreiten eines Maximalwertes eintritt, da sonst durch Trub die Seiherschlitze verstopfen. Ferner wird von Eggers et al. als sehr interessanter und die Aussagen von Meskat uber die Feststoffstruktur im Schneckenkanal

8H.Jahrgang Nr 9 lYXh FETTE . SEIFEN ANSTRICHMITTEL 338

bestatigender Befund ein Schnitt einer Materialprobe der aus dem vollen Lauf abgestellten Presse vorgestellt. Damit konnte die Wirksamkeit der Drossel auf den ZellenaufschluB belegt werden. Quantitativ wurde der AufschluBgrad lkgs der Schnecke bestimmt. Parallel durchgefiihrte Untersu- chungen uber die axiale Temperaturverteilung zeigen einen starken Anstieg im ersten Drittel der Maschine,dariiber hin- aus nur noch einen deutlich geringeren Gradienten. Aus der Ubereinstimmung des Temperaturprofils mit dem Profd des AufschluBgrades schlieBen die Autoren, daD die Tempe- raturerhohung am Feedende durch den mechanischen ZellenaufschluB und den dafiir erforderlichen Energieum- satz verursacht ist.

In einem Vortrag anlaBlich der DGFIJahrestagung in Regensburg wurden von Zajic et al. 51 die Ergebnisse ihrer Untersuchungen zur axialen Druckverteilung bei der Ver- arbeitung von gebrochenem Raps an zehn MeBstellen einer Schneckenpresse vorgestellt . Die Relation zwischen dynami- schem und statischem Wert ist - wie bei Eggers - durch den Faktor 1.7 zu beschreiben. Mit steigendem Durchsatznimmt der Radialdruck insgesamt zu, dagegen sind die Schnecken- drehzahl und die F'reBkuchendicke von nicht nachweis- barem EinfluB. Die Ergebnisse bei reduzierter Saatfeuchte bestatigen die Ergebnisse von Homann.

6 . D i skuss ion Eine Zusammenfassung der verschiedenen Modellvor-

stellungen im Zusammenhang mit Ansatzen zur analyti- schen Beschreibung des Trennpressens wird Gegenstand eines geplanten weiteren Beitrages fiir diese Zeitschrift sein. Allgemeine, die Vorgehensweise und die innere Systematik der vorgelegten Arbeit betreffende Bemerkungen sind bereits vor jedem Kapitel eingefiigt worden. Nachfolgend sollen die Referate unter dem Aspekt der fortschreitenden Information uber das Themengebiet diskutiert werden.

Dieersten Arbeiten stellten phiinomenologischorientierte Untersuchungen dar, um das Trennpressen nach Ursache und Wirkung beschreibbar zu machen. In einer zweiten Stufe wurde versucht, auch die physikalischen Grundlagen der Vorgkge im gepreBten Bett zu verstehen. Hier sind vor allem die Namen von Kormendy und Shirato zu nennen, die zeitlich parallel, jedoch unabhangig voneinander auf dem Modell von Terzaghiaufbauend mit dem gepreBten Bett bzw. dem Filterkuchen experimentierten. Damit war eine Modell- vorstellung zur Diskussion gestellt, die eine Verkoppelung der vorher nur rein phkomenologsch bestimmten Zusam- menhkge ansatzweise ermoglichte. Insbesondere erwei- terte Shirato das Konsolidationsmodell auf Fdle des ,,unge- sattigten" und des hechenden" Materials. Beide Erschei- nungen haben fiir das Pressen pflanzlicher Gewebe auaeror- dentliche Bedeutung. Er gab femer der Experimentiertech- nik entscheidende Impulse.

Schwaeberg entwickelte diese Grundgedanken und Ver- suchsmethoden weiter. Er verbreiterte den Kenntnisstand uber die inneren Vorgiinge im gepreBten Bett erheblich, ins- besondere durch Messung des Druckverlaufes, durch Sicht- bannachung der Bewegung des Kuchens und durch Be- schreibung der Relaxations- und Exsudationsvorgkge. Seine Erklarungen fiir die kuchenintemen Vorgange sind plausibel und nachvollziehbar.

Demgegenuber sind die Erklhngsmoglichkeiten h r die Vorghge in Schneckenmaschinen weitaus weniger fortge- schritten. Eine der Hauptschwierigkeiten liegt in dem von Meskat angegebenen grundlegenden Unterschied zwischen

FETTE . SEIFEN . ANSTRICHMITTEL 88. Jahrgang Nr. 9 1986

der Stempel- und der Schneckenpresse: einerseits als form- schlussiges, andererseits als kraftschlussiges Problem. Ein- blicke in diese Zusammenhkge verlangen zusatzliche, uber den Stand des Stempelpressens hinausgehende Informatio- nen zum rheologischen Verhalten des gepreBten Schilfers. Wenn wir abschlieBend versuchen, eine Antwort auf die Frage nach dem Kenntnisfortschritt zu finden, so ist diese beziiglich der Vorstellungen uber das Stempelpressen dank der Arbeiten insbesondere von Schwartzberg eindeutig posi- tiv. Bezieht man den Kenntnisstand uber das rheologische Verhalten der unterschiedlichen PreBkuchen mit ein, so muB das Urteil weitaus zuriickhaltender ausfallen. Infolgedessen scheint die Meinung, daB die Lijsung der Probleme um die Vorgkge in der Schneckenpresse noch in den Arfingen stecke, durchaus berechtigt zu sein.

L i t e r a t u r IN. Deerr,Int.SugarJournal14,448 [l912],14,691 [lYlfL] undl5, 28 [ 19131. A. M. Goldowskg, Fettchemische Umschau 43,21[ 19361 und43, 57 [ 19361. E . C. Koo, Ind. Engng. Chem. 34,342 [ 1 9 4 . C. E Gurnham u. H. J. Massa, Ind. Engng. Chem 38,1309 [ 1946). G. H. Hickau, J. Amer. Oil Chemists' SOC. 30,481 [ 19531. ' J. Porninski, H . M. PearGe ur.) u. J. J. Spadaro, Food Technology 24, 912 [ 19701. '. J. Porninski u,], J. Spadaro, Proc. Amer. Peanut Research and Educ. SOC. 12,3 [ 19801. - J. Porninski, H. M. Pearce ur.) u. J. J. spadaro, Proc. Amer. Peanut Research and Educ. SOC. 14.60 119821. ' L. M. Khan u. M. A. Hanna,j. A h c . Engng. Res. 28,495 [ 19831.

lo L. M. Khan u. M. A. Hanna, Trans. of the ASAE 27,190 [ 19841. I ' A . Farsaie u.M. S. Singh,TransactionsoftheASAE28,275 [ 19853

und 28,285 [ 19851. I 2 R. G. Koegel u. H. D. Bruhn, Transactions of the ASAE 15,856

[ 19721. I 3 R 0. Aboaba, H. D. Bruhn, R . G. Koegel u. D. B Livennore, Trans-

actions of the ASAE 16,430 [ 19731. I 4 I. Kiinnendy, J. Food Sci. 29,631 [ 19641. I 5 I. KO&ndy, Fruchtsaft-Industrie (jetzt Confructa) 10,246 [ 19653.

I. Komndy, Acta Alimentaria Hungaricae 3,93 [ 19741. I. Kiirmendy, Confiucta 20,107 [ 19753. I. Komndy, Acta Alimentaria Hungaricae 8,321 [ 19791. A. Sch~ller u. D. Knorr, Confructa 19,207 [ 19743.

*OD. Knorr u. A. Schahr, Confructa 20,lO [ 19753. E Teschner, K. Illyes u. A. Illyes, Lebensmittelindustrie 23, 551 [ 19761.

22 J. R. Rosenau u. H. G. Schwa&erg, ASAE Paper 75-6023,1975. 23 H. G. Schwartrberg, J. R. Rarenau u. G. Richardson,AIChE Symp.

Ser. No. 163, Bd. 74,177 [ 19771. 24 H. G. Schwartrbetg, B . W Huang, R Abularach u. S. Zamnn, ,,Food

Process Engineering", Vol. 1, ,,Food Processing Systems", (Hrsg. I? Link0 et al.), App. Sci. Publ. London, 1980, S. 344-347.

25 H. G . Schwarkberg, ,,Physical Properties of Foods" (Hrsg.M. Pehg u. E. B q l q , 1983, AVI Westport, Conn., USA, Kap. 16, S. 423- 470.

26 I. J. Segerlind, B . A. Snobar u. D. R. HeldmnnJ. Texture Studies 7, 451 [ 19771.

27 K. Heilscher u. U. Steer, Lebensmittelindustrie 29,177 [ 19821. 28 WE. Schaakl, WM. Walter &.) u. C. I: YoungJ. Food Sci. 48,1405

29 M. Shirato, I: Murase, H. Kato u. S. Fukaya, Filtration and Separa-

3o M. Shirato, I: Murase, M. Negawa u. I: Senda, J . Chem. Engng. of

31 M. Shirato, I: Murase u. I: Aragaki, Dechema Monogr. Bd. 74,9

32 M.Shirato, TMurase, H.Mmidera u.M. UyxJ.ofChem.Engng.of

33M. Shirato, I: Murase, A. Tokunaga u. 0. Y a d , J . of Chem.

34 M . Shirato, I: Murase, N. Hayashi u. I: Fukushim, J. of Chem.

[ 19831.

tion 7,277 [ 19701.

Japan 3,105 [ 19701.

[ 19741.

Japan 7,135 [ 19741.

Engng. of Japan 7,229 [ 19741.

Engng. ofJapan 10,154 [ 19771.

339

35 M. Shirato, TMurase, K. Atsumi, TNagamiu. H. SwukiJ.ofChem.

37 W E m , Techn. Mitt. Krupp, Werksberichte 20,39 [ 19611.

39 D. K. Bre&sa, J. b e r . Oil Chemists' SOC. 54,489A [ 19771. 40 M. Singer, Seifen . Ole . Fette . Wachse 107,585 [ 19811. 41 K . 2 Neubert, Fliissiges Obst 39,238 [ 19721. 42 J. A. Ward, J. Amer. Oil Chemists' SOC. 53,261 [ 19761. 43 J. A. Ward, J. Amer. Oil Chemists' SOC. 61,1358 [ 19841. 44 M. Knul, K. D. Miksche u. WStein, Seifen - Ole - Fette - Wachse

Engng. ofJapan 11,334 [ 19781. A . S. Ward, Chemical Engineer 352,27 uan. 19801.

L. H. TindnLu.S. R. Hill-HaosJ.Amer.OilChemists'Soc.53,265 [ 19761.

103,385 [ 19771.

4s I%. Homann, M. Knuth, K.-D. Mikrche u. W Stein, Fette . Seifen .

46 A. Southworth, Proc. of Reg. Worksp. on Palm Oil Mill TThy. and

47 Th. S. Tangu.PK. TeohJ.Amer.OilChemists'Soc.62,254[1985]. 48 WMeskat, Chemie-1ng.-Techn. 34, 742 [ 19621. 49 J. Pawhski, Chemie-Ing.-Techn. 34,749 [ 19621. 50 R. E us, H. Boeck u. W Stein, Fette . Seifen . Anstrichmittel 87,

51 J. Zajk, E. Volhep u. A. Jirousek, Vortrag anliil3lich der 40. DGF-

Anstrichmittel 80,146 [ 19781.

Effl. Treat., Cod. Proc. 1983,28-35.

494 f985].

Jahrestagung in Regensburg am 24. September 1984.

Eingegangen am 4. August 1986.

Polymorphism and Flow Behaviour of Some Low Melting a-Alkyl Branched 'Ifiacyl Glycerols

By L. B o h 1 in, L. He r n q u is t and Margareta H e r s 1 of *

The polymorphic behaviour of l-a-n-butyldodecanoyl-2,3-didodecanoyl glycerol 1, l~-bis-a-n-butyldodecanoyl-3-dodecanoyI glycerol 2, tris-a-n- butyldodecanoyl glycerol 3 and tris-a-n-decyldodecanoyl glycerol 4 were studied using differential scanning calorimetry (DSC) and X-ray diffraction. The presence of one, two or three a-alkyl groups in the fatty acid of the trigly- ceridemoleculeshifts the liquid tosolid transition tolowertemperature.The compound containing one a-butyl group shows four different polymorphic forms, whle the di-a-butyl substituted tridodecanoyl glycerol shows only one form. The tris-a-n-butyldodecanoyl glycerol probably could undergo a glass transition instead of acrystallization,as opposed to the tris-a-n-decyldo- decanoyl glycerol which shows several different polymorphic forms. The transitions are confirmed by the viscosity measurements. The samples of 2 and 4 continue to show low viscosity at decreasing temperature until the cry- stallization takes place. The proposed glass transition of tris-a-n-butyldode- canoyl glycerol is supported by the measurements of viscoelastic properties, i.e. the storage modulus G' and the loss modulus G .

Polymorphie und FlieEverhalten von einigen niedrig schmelzenden, vemeigten a-AlkylMacylgly cemlen

Das polymorphe Verhalten von l-a-n-Butyldodecanoyl-2,3-didodeca- noyl-glycerol 1,1~-bis-a-n-Butyldodecanoyl-3-dodecanoylglyerol2, Tris-a- n-Butyldodecanoylglycerol 3 und Tris-a-n-Decyldodecaoylglycerol 4 wurdemit HilfevonDifferentialScanningCalorimetry (DSC) undRontgen- beugunguntersucht.DieAnwesenheit von 1,2 oder3 a-Alkylpppeninder Fettsaure des Triglyceridmolekiils verschiebt den Fliissigfestubergang zu niedrigerer Temperatur. Die Verbindung, die eine a-Butylpppe enthdt, zeigt vier verschiedene polymorphe Formen, w h n d das di-a-butylsubsti- tuierte Tridodecanoylglycerol nur eine Form zeigt. Das Tris-a-n-Butyldode- canoylglycerol konnte wahrscheinlich einen glasartigen Ubergangszustand anstelle von Kristallisation durchlaufen, wihrend das Tris-a-n-Decyldodeca- noylglycerol mehrere unterschiedliche polymorphe Formen aufiveist. Die ijbergiinge weden durch Viskositatsmessungen bestatigt. Proben von 2 und 4 zeigen geringe Viskositat bei fallendeF,Temperatur, bis die Kristallisa- tion einsetzt. Dervorgeschlagene glasartige Ubergangszustand vonTris-a-n- Butyldodecanoylglycerol w i d durch die Bestimmung der viskoelastischen Eigenschaften, wie 2. B. Lagerungsmodul G und Verlustmodul G", unter- stiitzt.

I n t r o d u c t i o n

able resources in the chemical industry'. There is a growing interest in the development of new chemicals and modified vegetable oils with applications for instance as lubricants.

During the past few years we have studied synthetic modi- fications of lipid derivative^*-^. We have prepared3 some a-n- alkyl branched triacyl glycerols (Fig. 1). These compounds are fully saturated and thus exhibit greater stability towards oxidation than the unsaturated triacyl glycerols. Further- more we have noticed that these compounds have lower melting points than the corresponding straight chain ana- logues. Most remarkable was that tris-a-n-butyldodecanoyl glycerol did not crystalhe although it was cooled to -700 C. Since most unbranched saturated triacyl glycerols have a melting point well above 00 C the polymorphic and rheologi-

cerols seemed to be of further interest.

NMR spectrometer. Elemental analyses were performed by

Germany. Vegetable oils play a small but important role as renew- MikroandYtisches Laboratorium> COnach, West

CioHzi c4b>cHc00} OOCC,,H,,

C11H23C00

OOCCH<c4H9 C,H*l

C,~H,, c4H'>CHC00

C11H23c00

C,~H,, C4H '>CHCOO } ooCCH<C4H9 cal behaviour of low melting a-alkyl branched triacyl gly- C4H '>cHcoo GoHz1

ClOHZl

Compound 1

Compound 2

Compound 3

Compound 4 M a t e r i a l s a n d M e t h o d s C1oHzl>CHCOO

CioHzi>CHCoo

Syntheses ClOHZl

'H NMR spectrum was recorded on a Varian XL 300

* Authors' addresses: L. Bohlin, Bohlin Reologi AB, Science Park Ideon, University Site, PO. Box 742, S-22007 Lund, Sweden;Dr. L. Hemquirt, Department of Food Technology, Chemical Center, University ofLund,F!O.Box 124,S-221 MLund,Sweden;Marga- The preparation Of 1-a-n-buty1dodecanoy1-23-didode- reta Hersliif; Division of organic Chemistry 1, Chemical Center, m o y l glycerol 1, 12-bis-a-n-butyldodecanoyI-3-dode- University of Lund, PO. Box 124, S-22100 Lund, Sweden. canoylglycerol2 and tris-a-n-butyldodecanoyl glycerol 3 are

ClOHZl

Fig. 1. Studied a-alkyl branched triacyl glycerols

FETTE . S E E N . ANSTRICHMITTEL 340 88.Jahrgang Nr. Y l Y R t i