Milchseparator: Effizienz und Fettverluste berechnen

Die Leistung eines Milchseparators, angegeben in Litern oder Kilogramm pro Stunde, ist nicht der einzige wichtige Leistungsindikator. Für einen Molkereibetrieb ist ebenso entscheidend, wie viel Fett nach der Separation in der Magermilch verbleibt.

Auf den ersten Blick scheint der Unterschied zwischen 0,05 % und 0,09 % Fett in der Magermilch gering zu sein. Bei der Verarbeitung von mehreren Dutzend oder Hunderten Tonnen Milch pro Tag können jedoch bereits wenige Hundertstel Prozentpunkt zu mehreren Kilogramm Fett führen, die täglich in der Magermilch verbleiben, anstatt in die Rahmphase überzugehen.

In diesem Artikel zeigen wir, wovon die Effizienz der Milchseparation abhängt, wie sie im Betrieb bewertet werden kann und wie sich ein erhöhter Restfettgehalt in der Magermilch in reale Produktions- und Kostenverluste umrechnen lässt.

Was bedeutet Effizienz bei der Milchseparation?

Bei der Separation wird Vollmilch in zwei Hauptströme aufgeteilt:

Vollmilch → Rahm + Magermilch

Fettkügelchen haben eine geringere Dichte als die Milchplasma-Phase. Im Zentrifugalfeld der Separatortrommel bewegen sie sich zur Rotationsachse hin und werden zusammen mit dem Rahm abgeführt, während sich die Magermilch in die entgegengesetzte Richtung bewegt.

In der Praxis lässt sich jedoch nicht das gesamte Fett vollständig abtrennen. Die kleinsten Fettkügelchen können den Separator zusammen mit der Magermilch verlassen.

Daher ist einer der wichtigsten praktischen Leistungsindikatoren eines Milchseparators der Restfettgehalt in der Magermilch.

Bei der industriellen Milchseparation kann ein typischer Restfettgehalt in der Magermilch bei etwa 0,04–0,07 % liegen. Besonders kleine Fettkügelchen mit einem Durchmesser von weniger als etwa 1 µm lassen sich schwieriger abscheiden und können in der Magermilch verbleiben.

Der Bereich von 0,04–0,07 % sollte jedoch nicht als allgemeingültige Norm für jeden Separator und jeden Prozess verstanden werden. Das tatsächliche Ergebnis hängt von der Bauart des Separators, den Produkteigenschaften und den Betriebsbedingungen ab.

Wovon hängt die Effizienz eines Milchseparators ab?

Die Trennleistung wird von mehreren Parametern beeinflusst. Selbst ein technisch einwandfreier und korrekt ausgelegter Separator kann bei unterschiedlichen Prozessbedingungen verschiedene Restfettgehalte in der Magermilch erreichen.

Durchsatz

Ein besonders wichtiger Parameter ist der tatsächliche Milchstrom durch den Separator.

Wird der Durchsatz reduziert, sinkt die Strömungsgeschwindigkeit des Produkts in den Kanälen zwischen den Tellern. Dadurch haben die Fettkügelchen mehr Zeit, sich zur Telleroberfläche zu bewegen und in die Rahmphase überzugehen.

Unter sonst gleichen Bedingungen kann ein geringerer Durchsatz daher die Effizienz der Fettabtrennung verbessern, während ein höherer Durchsatz sie verschlechtern kann.

Daraus ergibt sich ein wichtiger praktischer Schluss:

Nur weil ein Separator technisch eine bestimmte Milchmenge pro Stunde verarbeiten kann, bedeutet das nicht automatisch, dass bei diesem Durchsatz auch der erforderliche Restfettgehalt in der Magermilch erreicht wird.

Separationstemperatur

Bei der warmen Separation wird die Milch vor dem Eintritt in den Separator erwärmt. In industriellen Prozessen werden häufig Temperaturen von etwa 55–65 °C eingesetzt, wobei der genaue Arbeitsbereich vom Produkt, dem Prozessschema und dem Separatormodell abhängt.

Auch eine kalte Milchseparation ist möglich und kann bei etwa 10 °C oder darunter erfolgen. Aufgrund der höheren Viskosität kalter Milch ist die zulässige Leistung des Separators unter diesen Bedingungen in der Regel geringer.

Deshalb sollte der Restfettgehalt in der Magermilch nie isoliert betrachtet werden. Er muss immer zusammen mit der Separationstemperatur und dem tatsächlichen Produktdurchsatz bewertet werden.

Wie lässt sich die Separationseffizienz im Betrieb bewerten?

Für eine erste Beurteilung reicht es nicht aus, nur den Fettgehalt der Magermilch zu kennen.

Es ist sinnvoll, gleichzeitig folgende Parameter zu erfassen:

• tatsächlicher Milchstrom, kg/h;

• Fettgehalt der Milch am Einlauf, %;

• Fettgehalt des Rahms, %;

• Fettgehalt der Magermilch, %;

• Milchtemperatur vor dem Separator;

• tatsächliche Separatorleistung;

• Dauer des Betriebs unter den analysierten Bedingungen.

So lässt sich besser unterscheiden, ob ein Problem durch den Separator selbst oder durch veränderte Prozessbedingungen verursacht wird.

Wenn der Restfettgehalt in der Magermilch beispielsweise von 0,05 % auf 0,09 % steigt und gleichzeitig der Zulauf zum Separator um 20 % erhöht wurde, müssen beide Veränderungen gemeinsam betrachtet werden.

Der prozentuale Restfettgehalt allein sagt jedoch noch wenig über die tatsächliche Größenordnung der Produktionsverluste aus.

Dazu muss er in eine Fettmasse umgerechnet werden.

Wie berechnet man Fettverluste bei der Milchseparation?

Für Produktionsberechnungen sollten möglichst Massenströme in kg/h verwendet werden, statt Liter und Kilogramm ohne Berücksichtigung der Dichte zu vermischen.

Ist der Massenstrom der Magermilch bekannt, gilt:

Mfett = Mmagermilch × Fmagermilch / 100

wobei:

• Mfett — Fettmenge im Magermilchstrom, kg/h;

• Mmagermilch — Magermilchstrom, kg/h;

• Fmagermilch — Fettgehalt der Magermilch, %.

Angenommen, der Separator liefert:

9.000 kg/h Magermilch

mit einem Fettgehalt von:

0,05 %

Dann gilt:

9.000 × 0,05 / 100 = 4,5 kg Fett/h

Steigt der Fettgehalt der Magermilch bei gleichem Durchsatz auf 0,09 %, ergibt sich:

9.000 × 0,09 / 100 = 8,1 kg Fett/h

Die Differenz beträgt:

8,1 − 4,5 = 3,6 kg Fett/h

Eine Veränderung von nur 0,04 Prozentpunkten bedeutet somit, dass pro Betriebsstunde zusätzlich 3,6 kg Fett in der Magermilch verbleiben.

Wichtig ist die korrekte Interpretation dieses Werts. In Magermilch bleibt immer eine gewisse Fettmenge zurück. Für die wirtschaftliche Bewertung ist es daher sinnvoller, zusätzliche Verluste gegenüber einem definierten Basis- oder Garantiebetrieb zu berechnen, statt das gesamte in der Magermilch enthaltene Fett als vermeidbaren Verlust zu betrachten.

Praxisbeispiel für einen Molkereibetrieb

Betrachten wir ein realistisches Produktionsbeispiel.

Der Betrieb verarbeitet:

100.000 kg Milch pro Tag

Ausgangsparameter:

• Fettgehalt der Vollmilch — 4,0 %;

• Fettgehalt des Rahms — 40 %;

• normaler Restfettgehalt in der Magermilch — 0,05 %.

Zunächst berechnen wir näherungsweise die Mengen an Rahm und Magermilch anhand der Massenbilanz.

Es gilt:

M = C + S

Fettbilanz:

M × Fm = C × Fc + S × Fs

wobei:

• M — Menge der Vollmilch;

• C — Menge des Rahms;

• S — Menge der Magermilch;

• Fm — Fettgehalt der Vollmilch;

• Fc — Fettgehalt des Rahms;

• Fs — Fettgehalt der Magermilch.

Daraus folgt:

C = M × (Fm − Fs) / (Fc − Fs)

Für 100.000 kg Milch:

C = 100.000 × (4,00 − 0,05) / (40,00 − 0,05)

Das ergibt ungefähr:

9.887 kg Rahm

und:

90.113 kg Magermilch.

Diese Berechnung zeigt einen wichtigen Zusammenhang: Die Rahmmenge hängt nicht nur vom Fettgehalt der Eingangsmilch ab, sondern auch vom gewünschten Fettgehalt des Rahms sowie vom Restfettgehalt in der Magermilch.

Szenario 1. Der Separator arbeitet im Basisbetrieb

Fettgehalt der Magermilch:

0,05 %

Fettmenge in der Magermilch:

90.113 × 0,05 / 100 ≈ 45,1 kg/Tag

Das bedeutet nicht, dass der Betrieb aufgrund einer Fehlfunktion des Separators täglich 45 kg Fett verliert. Dies ist die verbleibende Fettmenge bei dem angenommenen Basisbetrieb.

Szenario 2. Der Fettgehalt der Magermilch steigt auf 0,09 %

Für eine schnelle Produktionsabschätzung nehmen wir an, dass der Magermilchstrom ungefähr auf demselben Niveau bleibt — 90,1 t/Tag.

Dann ergibt sich:

90.113 × 0,09 / 100 ≈ 81,1 kg Fett/Tag

Zusätzlich gegenüber dem Basisbetrieb:

81,1 − 45,1 ≈ 36 kg Fett/Tag

Für einen Betrieb dieser Größenordnung bedeutet der Unterschied zwischen 0,05 % und 0,09 % somit ungefähr:

36 kg zusätzliches Fett pro Tag.

Bei 30 Produktionstagen:

36 × 30 = 1.080 kg

Das sind mehr als 1 Tonne Milchfett pro Monat.

Bei 330 Betriebstagen:

36 × 330 = 11.880 kg

Das sind fast 12 Tonnen pro Jahr.

Dabei handelt es sich um eine vereinfachte Abschätzung der zusätzlichen Fettmenge, die in der Magermilch verbleibt. Für eine genaue Massenbilanz nach einer Änderung des Restfettgehalts müssen auch die Rahm- und Magermilchströme neu berechnet und tatsächliche Laborwerte sowie Durchflussmessungen aus dem Betrieb verwendet werden.

Wie lassen sich Fettverluste in Kosten umrechnen?

Der nächste Schritt besteht darin, den wirtschaftlichen Wert des Milchfetts für den jeweiligen Betrieb zu bestimmen.

Es ist nicht sinnvoll, automatisch den Einzelhandelspreis von Butter zu verwenden. Für Produktionsberechnungen ist es besser, einen betriebsintern kalkulierten Wert pro Kilogramm Milchfett zu verwenden, der das Produktportfolio, das Beschaffungsmodell und den potenziellen Produktwert berücksichtigt.

Formel:

Zusätzliche Kosten = ΔMfett × Vfett

wobei:

• ΔMfett — zusätzliche Fettmenge in der Magermilch;

• Vfett — wirtschaftlicher Wert von 1 kg Milchfett.

Angenommen, der kalkulierte Wert von Milchfett beträgt in einem bestimmten Betrieb 6 €/kg, dann gilt:

36 kg/Tag × 6 € = 216 €/Tag

Bei 30 Produktionstagen:

6.480 €

Bei 330 Betriebstagen:

71.280 €

Damit kann bereits eine Erhöhung des Restfettgehalts in der Magermilch um nur 0,04 Prozentpunkte bei großen Produktionsmengen einen spürbaren wirtschaftlichen Effekt haben.

Die Kontrolle der Separationseffizienz betrifft daher nicht nur die technische Funktion des Separators. Sie hat direkten Einfluss auf die Ausbeute an verkaufsfähigem Produkt.

Der Fettgehalt der Magermilch ist gestiegen: Was sollte geprüft werden?

Ein erhöhter Restfettgehalt bedeutet nicht automatisch, dass der Separator defekt ist.

Die Fehlersuche sollte mit den tatsächlichen Prozessparametern beginnen.

1. Laborergebnis prüfen

Wurde die Probe korrekt entnommen? Ist sie repräsentativ für einen stabilen Betriebszustand? Wird der erhöhte Fettgehalt durch Wiederholungsmessungen bestätigt?

2. Temperatur prüfen

Die tatsächliche Produkttemperatur vor dem Separator sollte mit dem vorgesehenen Prozesswert verglichen werden.

3. Tatsächlichen Durchsatz prüfen

Wurde der Milchstrom erhöht, kann die Effizienz der Fettabtrennung sinken. Deshalb sollte der tatsächliche Durchsatz mit dem Arbeitsbereich des konkreten Separatormodells verglichen werden.

4. Stabilität der Produktzufuhr prüfen

Schwankungen bei Durchfluss, Temperatur und Fettgehalt der Eingangsmilch können die Separation und die anschließende Standardisierung beeinflussen.

5. Luft im Produkt prüfen

Luft und Gas in der Milch können die hydraulische Stabilität, die Messgenauigkeit und die Funktion des Steuerungssystems beeinflussen.

6. Prozesseinstellungen des Separators prüfen

Ausgangsdrücke, Rahmstrom, Parameter der Feststoffaustragung und weitere Einstellungen müssen den Vorgaben des Anlagenherstellers entsprechen.

7. Zustand von Trommel und Tellerpaket prüfen

Wenn sich die Prozessparameter nicht verändert haben, die Trennleistung aber schrittweise abnimmt, sollten Sauberkeit, Montage und technischer Zustand des Separators gemäß der Dokumentation des jeweiligen Modells überprüft werden.

Eine praktische Reihenfolge für die Diagnose kann so aussehen:

Laboranalyse → Temperatur → Durchsatz → Stabilität der Zufuhr → Druck und Einstellungen → CIP-Reinigung → technischer Zustand des Separators

So lässt sich vermeiden, dass die Fehlersuche mit einer Demontage des Separators beginnt, obwohl die tatsächliche Ursache in den Prozessbedingungen liegt.

Wann liegt das Problem nicht am Separator?

Betrachten wir eine einfache Situation.

Über mehrere Monate hinweg hielt der Separator einen Restfettgehalt in der Magermilch von:

0,05–0,06 %

Nach einer Erhöhung des Produktionsvolumens stieg der Wert auf:

0,08–0,09 %

Die erste Reaktion könnte sein, dass der Separator gewartet werden muss.

Wenn jedoch gleichzeitig der Durchsatz beispielsweise von 15 auf 18 t/h erhöht wurde, sollte zunächst geprüft werden, ob der neue Betriebspunkt noch innerhalb des zulässigen Bereichs des konkreten Separatormodells liegt.

Ebenso können instabile Ergebnisse durch Änderungen der Temperatur, des Fettgehalts der Eingangsmilch, des Drucks oder der Zufuhrstabilität verursacht werden.

Die Leistung des Separators sollte daher nicht anhand eines einzelnen Laborwerts beurteilt werden, sondern anhand der Kombination aller relevanten Prozessparameter an einem bestimmten Betriebspunkt.

Welche Daten werden für die Auswahl eines Milchseparators benötigt?

Die Angabe „10.000 l/h“ allein reicht für die Auswahl eines Separators nicht aus.

Zwei Produktionslinien mit derselben Nennleistung können völlig unterschiedliche Anforderungen an die Ausrüstung und an das gewünschte Separationsergebnis haben.

Für eine korrekte technische Auslegung sollten mindestens folgende Daten definiert werden:

• Produkttyp;

• erforderliche Leistung;

• Einheit der Leistung — l/h oder kg/h;

• Fettgehalt der Milch am Einlauf;

• gewünschter Fettgehalt des Rahms;

• maximal zulässiger Restfettgehalt in der Magermilch;

• Separationstemperatur;

• Menge und Art der Feststoffe;

• erforderliche Dauer des kontinuierlichen Betriebs;

• Anforderungen an die CIP-Reinigung;

• Anforderungen an Automatisierung und Integration in die Prozesslinie.

Besonders wichtig ist, nicht nur die erforderliche Leistung, sondern auch das gewünschte technologische Ergebnis anzugeben.

Zum Beispiel:

20.000 l/h Milch

und

20.000 l/h Milch mit maximal 0,05 % Fett in der Magermilch bei definierter Separationstemperatur und festgelegtem Rahmfettgehalt

sind zwei technisch unterschiedlich vollständige Spezifikationen.

Das Produkt, die Prozessbedingungen und die geforderte Separationseffizienz sollten daher die Ausgangsbasis für die Auswahl eines Milchseparators bilden.

Die Leistung eines Milchseparators sollte nicht nur danach bewertet werden, wie viele Tonnen Produkt die Maschine pro Stunde verarbeiten kann.

Einer der wichtigsten Produktionskennwerte ist der Restfettgehalt in der Magermilch.

Schon eine kleine Veränderung dieses Werts kann bei hohen Produktionsmengen dazu führen, dass deutlich mehr Fett in der Magermilch verbleibt, anstatt in den Rahm überzugehen.

Deshalb sollte die Separatorleistung immer anhand von Restfettgehalt in der Magermilch, Durchsatz, Temperatur, Parametern der Eingangsmilch und Prozessstabilität bewertet werden. Abweichungen sollten dabei von Prozentwerten in Kilogramm Fett pro Stunde, Tag, Monat oder Jahr umgerechnet werden.

Dieser Ansatz beantwortet eine für den Betrieb wesentlich wichtigere Frage als nur „Funktioniert der Separator?“:

Wie viel verkaufsfähiges Produkt gewinnt der Betrieb tatsächlich aus jeder Tonne verarbeiteter Milch – und wie viel kann durch Abweichungen im Separationsprozess verloren gehen?

Wenn Sie einen neuen Milchseparator auswählen, eine bestehende Linie modernisieren oder prüfen möchten, ob Ihre aktuelle Anlage die geforderten Prozessparameter erfüllt, kann Viravix Ihre Prozessdaten analysieren und bei der Auswahl einer geeigneten Lösung für Ihre konkrete Molkereianwendung unterstützen.

Für eine technische Bewertung genügen die wichtigsten Ausgangsdaten: Produkttyp, Leistung, Fettgehalt der Eingangsmilch, gewünschter Rahmfettgehalt, zulässiger Restfettgehalt in der Magermilch, Separationstemperatur und Betriebsweise.

Kontaktieren Sie Viravix für die technische Auswahl eines Milchseparators und die Bewertung der Separationseffizienz Ihrer Produktionslinie.

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