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Ultraschallbasiertes Messsystem zur Verfolgung von Fouling in Wärmetauschern und zur Validierung des Reinigungserfolgs
Projekt
Förderkennzeichen: AiF 16302 N
Laufzeit: 01.01.2010
- 31.12.2011
Fördersumme: 358.200 Euro
Forschungszweck: Angewandte Forschung
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“
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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.
Abschnittsübersicht
Fachgebiete
- Verfahrenstechnik Lebensmittel