Mit Ultraschall den Schaum zerschlagen

Bei der technischen Produktion von Lebensmitteln und Getränken sowie von Feinchemikalien kommt es häufig zu einer unerwünschten Schaumbildung. Typische Beispiele für solche Prozesse sind die Gewinnung von Alkohol aus der Maische bei der Schnapsproduktion, die Milcherhitzung oder die Herstellung von Biodiesel. Schaum kann die in den Apparaten ablaufenden Prozesse so stark verändern, dass die Apparate abgeschaltet werden müssen. Die unerwünschte Schaumbildung verursacht hohe Druckverluste und verringerte Anlagendurchsätze. Ferner kommt es dadurch zu einer Verunreinigung der Produkte – die Effizienz der Stofftrennung sinkt. Die finanziellen Folgen dieses Phänomens sind insbesondere für kleine und mittelständische Unternehmen groß. So ist, je nach Anlagengröße und Branche, mit Verlusten von bis zu 100.000 Euro pro Tag zu rechnen.

Wie diese Schaumbildung unterbunden werden kann, damit beschäftigt sich ein multidisziplinär angelegtes Forschungscluster „Physikalisch basiertes Management störender Schäume in Produktionsanlagen: Prävention, Inhibierung und Zerstörung“. Seitens der TU Berlin sind das Fachgebiet Lebensmittelbiotechnologie und -prozesstechnik von Prof. Dr.-Ing. Cornelia Rauh und das Fachgebiet Dynamik & Betrieb technischer Anlagen von Prof. Dr.-Ing. Jens-Uwe Repke beteiligt, dessen Idee das Projekt war. Das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) fördert das Projekt mit knapp 2,8 Millionen Euro bis 2021. Davon fließt eine Million Euro an die TU Berlin.

Ziel des Projekts ist es, physikalisch basierte Maßnahmen zu erarbeiten, die zur Prävention, Inhibierung und Zerstörung von Schäumen eingesetzt werden können. Unter inhibierenden Maßnahmen versteht man Maßnahmen, die die Schaumbildung, wenn sie sich nicht ausschließen lässt, zumindest reduzieren. Als vielversprechendes Werkzeug kommt dabei insbesondere Ultraschall zum Einsatz, mit dessen Hilfe die Schaumblasen angeregt und zerstört werden. Außerdem wird der konkrete Ort der Schaumbildung untersucht sowie die Abhängigkeit der Schaumbildung von Parametern wie Temperatur und Material. Des Weiteren beschäftigen sich die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler mit der Frage, ob sich die Schaumbildung in realen Anlagen im Computer darstellen und simulieren lässt sowie die Ergebnisse auf einen großtechnischen Maßstab übertragen lassen.

Die Entwicklung eines Prognosewerkzeugs für die Prozessindustrie soll helfen abzuschätzen, ob die Gefahr besteht, dass unerwünschter Schaum in der Produktionsanlage entsteht. Bei Bedarf sollen geeignete Gegenmaßnahmen vorgeschlagen werden. Auf diese Weise könnte künftig weitestgehend auf den Einsatz chemischer Entschäumungsmittel verzichtet werden. Diese werden derzeit eingesetzt, um auftretenden Schaum zu unterbinden. Sie weisen jedoch auch Nachteile auf. Neben den Kosten für den Kauf der Entschäumer können auch sie den Stofftransport in Anlagen reduzieren. Außerdem müssen sie im Anschluss aufwendig aus dem Produkt entfernt werden. Dies ist insbesondere in der Lebensmitteltechnik wichtig.

An dem Projekt beteiligt sind neben der TU Berlin die FAU Erlangen-Nürnberg (Koordination des Forschungsclusters), die TU Braunschweig und die Universität Hohenheim. Zudem wird es von mehr als 40 Firmen aus der Chemie-, Getränke- und Lebensmittelindustrie sowie von Vertretern der Mess- und Regelungstechnik begleitet.

Weitere Informationen erteilen Ihnen gern:

Prof. Dr.-Ing. Cornelia Rauh
TU Berlin
Fachgebiet Lebensmittelbiotechnologie und -prozesstechnik
Tel.: 030/314-71250
E-Mail: cornelia.rauh@tu-berlin.de

Prof. Dr.-Ing. Jens-Uwe Repke
TU Berlin
Fachgebiet: Dynamik & Betrieb technischer Anlagen
Tel.: 030/314-23893
E-Mail: j.repke@tu-berlin.de