Ultraschallbasiertes Messsystem zur Verfolgung von Fouling in Wärmetauschern und zur Validierung des Reinigungserfolgs
Beschreibung:
Milch und Milchprodukte werden im Rahmen ihrer Verarbeitung zu den unterschiedlichsten Produkten in Wärmetauschern thermisch behandelt, pasteurisiert oder sterilisiert. Bereits nach kurzer Betriebszeit bilden sich auf produktberührenden Erhitzeroberflächen Beläge (Fouling), die aus kristallisierten Salzen und denaturierten Proteinen bestehen. Fouling stellt ein zentrales Problem für milchverarbeitende Unternehmen und Anlagenhersteller dar, weil dadurch der Wärmedurchgang vermindert wird. Um dennoch eine konstante Erhitzungstemperatur sicherzustellen, wird mit fortschreitendem Fouling die Temperatur des Heizmediums sukzessive erhöht. Damit erhöht sich die Wandtemperatur und der Belag wird einer erhöhten Temperatur ausgesetzt. Enthaltenes Protein kann anbrennen. Werden durch die Strömung Belagsbestandteile herausgelöst und gelangen ins Produkt, so resultieren daraus sensorische und optische Qualitätsverluste. Zudem steigt der Druckverlust. Daher müssen Erhitzer in regelmäßigen Abständen aus dem Produktionsprozess herausgenommen und das Fouling mittels CIPReinigung (cleaning in place) entfernt werden. Flexible kleine und mittelständische Unternehmen (KMU) produzieren häufig auch kleinere Chargen, so dass sich nur ein geringer Belag ausbildet. Dennoch ist eine gründliche Reinigung notwendig, um weder Produktreste noch Allergene zu verschleppen. Eine CIP-Reinigung ist so ausgelegt, dass der Reinigungserfolg auch bei starker Verschmutzung garantiert ist. Damit sind CIP-Reinigungsprogramme für die meisten Anwendungsfälle überdimensioniert. Für kleine Produktchargen werden inzwischen auf empirischer Basis Kurzreinigungsprogramme für „geringe Verschmutzung“ programmiert. Wie erfolgreich die Reinigung ist, ist jedoch nicht eindeutig überprüfbar. Fouling in Erhitzeranlagen verursacht jährlich Kosten von mehreren 100 Mio €. Dabei stehen bis zu 80 % der Produktionskosten direkt oder indirekt mit Fouling in Verbindung. Ein Weg, die Reinigungskosten zu minimieren, wäre eine bedarfsgerechte CIP-Reinigung, die an den jeweils vorhandenen Belag angepasst wird. Benötigt wird dazu ein einfaches Sensorsystem, mit dem der Abtrag des Belags während der Reinigung verfolgt und schließlich der Zustand „sauber“ AiF 16302 N 2 detektiert werden kann. Damit könnte zudem der Reinigungserfolg validiert werden. Die CIPReinigung ließe sich an den jeweiligen Verschmutzungsgrad anpassen, wodurch Reinigungszeiten verkürzt werden und der Ressourcenverbrauch minimiert wird. Ziel des Forschungsvorhabens ist die Entwicklung eines nicht-invasiven Ultraschallmesssystems zur Detektion von Foulingbelägen mittels Signalanalyse des Reflexionsechos.
Ausführendes Institut:
Lehrstuhl für Verfahrenstechnik disperser Systeme Details von Lehrstuhl für Verfahrenstechnik disperser Systeme
Übergeordnete Institution:
Technische Universität München (TUM) Details von (TUM) (Bayern)
Laufzeit:
01. 01. 2010 - 31. 12. 2011
Projektbudget:
358.200 €
Mitwirkende Institutionen:
- Institut für Lebensmittelwissenschaft und Biotechnologie (150) Details von Institut für Lebensmittelwissenschaft und Biotechnologie (150)
Förderprogramm:
- IGF - Industrielle Gemeinschaftsforschung - Normalverfahren Details von IGF - Industrielle Gemeinschaftsforschung - Normalverfahren
Fachgebiet:
- Verfahrenstechnik Lebensmittel
Forschungszweck:
Angewandte Forschung
Förderer:
- Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWI) Details von (BMWI)
Träger:
- Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen \'Otto von Guericke\' e.V. (AiF) Details von AiF