Auslegung von Pulsationsreinigungssystemen

Die Reinigung von Maschinen und Anlagen in der Lebensmittelindustrie spielt sowohl aus hygienischen wie auch finanziellen Gesichtspunkten nach wie vor eine große Rolle und birgt ein enormes Optimierungspotential. Weiterhin fordert auch der Gesetzgeber im Rahmen der aktuellen Maschinenrichtlinie (2006/42/EG) die gute Reinigbarkeit von Maschinen und Anlagen verbindlich. Bei der Verarbeitung hoch- und niedrigviskoser Lebensmittel erfolgt die Reinigung in den meisten Fällen durch "Cleaning In Place" (CIP). Das wirtschaftliche Potential wird deutlich, wenn man den Anteil reinigungsbedingter Stillstandszeiten in der Lebensmittelproduktion betrachtet. Die Schätzungen schwanken hier zwischen 10% und bis zu 40% der gesamten Maschinenlaufzeit. Neben dem enormen Zeitaufwand ist auch der Einsatz von Reinigungsmitteln ökologisch und finanziell ein zunehmend kritischer Faktor.

Ziel des Forschungsvorhabens ist die Entwicklung von strömungsmechanischen und konstruktiven Auslegungsmethoden zur Realisierung und Bilanzierung ressourceneffizienter Pulsationsreinigungssysteme. Während im Vorläuferprojekt der qualitative Nachweis der Eignung pulsierender Strömungen zur Verkürzung der Reinigungszeit sowie die Entwicklung und parallele Verifizierung entsprechender Nachweismethoden im Vordergrund stand, fokussiert sich das vorliegende Vorhaben auf der Quantifizierung des Einsparpotentials, der Ermittlung der Verfahrensgrenzen sowie der Erarbeitung industriell anwendbarer Auslegungswerkzeuge.

Im Rahmen des Forschungsvorhabens werden daher folgende Teilschritte bearbeitet:

• Pulsationsversuche an bestehenden Versuchsanlagen mit erweitertem Spektrum an Rohrgeometrien bzw. ausgewählten industrienahen, komplexen Geometrien. Zusätzlich werden die Strömungsprofile im Rahmen der CFD-Simulationen berechnet.
• Versuche zur Reichweite der Pulsation in längeren, winkligen und verzweigten Rohrleitungssystemen, wie sie in industriellen Anlagen vorkommen.
• Lokale Berechnung des Strömungs- und Schubspannungsfeldes durch CFD-Simulationen zur Auslegung des Verfahrens.
• Konstruktion und anschließende Untersuchung einer hygienegerechten und energieeffizienten Pulsationserregung mit industrienaher Geometrie.
• Quantifizierung des energetischen und reinigungsseitigen Einsparpotentials mit einer hygienegerechten Pulsationserregung.

Die Untersuchung des Verfahrens erfolgt arbeitsteilig durch das Institut für Verarbeitungsmaschinen und Mobile Arbeitsmaschinen der TU Dresden sowie das Institut für Chemische und Thermische Verfahrenstechnik der TU Braunschweig in Zusammenarbeit mit industriellen Partnern.

Artikel in der Lebensmitteltechnik 05-2013