Diskontinuierliche Reinigung

Forschungstitel:
Diskontinuierliche Reinigung von nicht-immergierten Systemen der lebensmittelverarbeitenden Industrie

Arbeitsgruppe: Hygienegerechte Produktion

Forschungsstelle und wissenschaftliche Betreuung:

  1. Technische Universität Dresden, Mr. E. Fuchs
  2. Technische Universität Darmstadt, Hr. M. Sc. Timm Schröder

IGF-Vorhaben: 483 ZBG
Finanzierung: BMWi
Laufzeit: 2013 – 2015

Die Reinigung von Maschinen und Anlagen der lebensmittelverarbeitenden Industrie ist ein entscheidender Prozessschritt zur Aufrechterhaltung der Produktqualität. Parallel steigen die Anforderungen an den Umweltschutz und an die Effizienzerhöhung, wodurch sich eine Diskrepanz zwischen Sicherheit für den Verbraucher und minimalem Ressourceneinsatz ergibt. Somit kommt der Optimierung von Reinigungsvorgängen eine hohe Bedeutung zu.

Das Forschungsvorhaben forciert das nicht-immergierte System, in dem die Reinigung maßgeblich mit Flüssigkeitsstrahlen und/oder einem ablaufendem Fallfilm realisiert wird. Flüssigkeitsstrahlen werden zur Reinigung vorwiegend in Zielstrahl- bzw. Orbitalreinigern eingesetzt. Im Gegensatz dazu wird bei statischen Sprühkugeln und Schwallreinigern die Reinigungswirkung hauptsächlich durch das ablaufende Reinigungsmedium zwischen den Auftreffpunkten der Flüssigkeit erreicht. Diese Reinigungssysteme werden dabei größtenteils kontinuierlich betrieben, womit ein hoher Verbrauch an Reinigungsmedium einhergeht. Bei dynamischen Reinigungssystemen (z.B. Zielstrahl-, Schwallreiniger) kommt es zwar funktionsbedingt zu einer diskontinuierlichen Ausprägung des Fallfilms, dessen Pulsationsparameter sind aber nicht auf die Verschmutzung abgestimmt. Mögliche Einsparpotentiale durch gezielte diskontinuierliche Strömungen konnten bisher vorwiegend im immergierten System gezeigt werden.

In diesem Forschungsprojekt erfolgt die Bewertung des Potenzials von diskontinuierlichen Strömungen zur Effizienzsteigerung von Reinigungen im nicht-immergierten System, mit dem Ziel Empfehlungen für Lebensmittelproduzenten und Entwicklungsimpulse für Komponentenhersteller geben zu können. Es soll dabei sowohl ein wissenschaftlich hoher Informationsgewinn durch belastbare Messergebnisse generiert, als auch praxisrelevante Erkenntnisse für eine zügige Anwendung dieser aussichtsreichen Strömungsform bei der Maschinen- und Behälterreinigungen in lebensmittelverarbeitenden Betrieben gewonnen werden.

Um das wissenschaftlich-technische Ziel von ressourcenschonenden Reinigungsprozessen erreichen zu können, werden die zwei Strömungsbereiche (Strahlaufprall und Fallfilm) erst separat betrachtet, wodurch mögliche Quereinflüsse ausgeschlossen werden können. Zusätzlich erfolgt die Ermittlung des lokal aufgelösten Wärmeübergangs für Optimierungsansätze bei der Auslegung von Reinigungsprozessen und die Bestimmung der Strömungsparameter für die Beschreibung der Strömungseinflusse bei der Reinigung. Mit der Verwendung zweier Modellverschmutzungen auf wird der Hauptteil der in der Lebensmittelindustrie üblichen Verschmutzungen in die Betrachtung einbezogen werden. Durch die finale Zusammenführung der Strömungsbereiche (Fallfilm/Flüssigkeitsstrahl) kann der Ergebnisübertragung auf realitätsnahe Reinigungssysteme in nicht-immergierte Systeme der lebensmittelverarbeitenden Industrie durchgeführt werden.

Die voraussichtlichen Ergebnisse sind:

  • Charakterisierung von diskontinuierlichen Flüssigkeitsstrahlen und Fallfilmen hinsichtlich strömungsmechanischer Kenngrößen und des Wärmeübergangs von der Oberfläche in die Flüssigkeit.
  • Bewertung aussichtsreicher Parameterkombinationen hinsichtlich des Potenzials zur Reduzierung des Gesamtverbrauchs an Reinigungsmedium sowie der notwendigen Reinigungszeit.
  • Analogiebetrachtung von Wärme- und Stoffübergang erstmals für nicht-immergierte Systeme und quantitative Erfassung des hochrelevanten Quellprozesses von Lebensmittelausgangsstoffen.
  • Überprüfung der Übertragbarkeit optimaler Pulsationsmuster auf industrienahe Reinigungsvorgänge durch die Betrachtung des Flüssigkeitsstrahls in Kombination mit einem bereits vorhandenen Fallfilm.

Mit der Durchführung dieses Projektes werden Erkenntnisse auf dem Gebiet der Wärmeübertragung sowie der Reinigung in der Lebensmittelindustrie generiert. Somit kann es gelingen, die Diskrepanz von uneinheitlichen Aussagen zum Nutzen von diskontinuierlichen Flüssigkeitsströmungen zu überwinden und die mittelfristige industrielle Anwendbarkeit dieser ressourcenschonenden Verfahrensvariante zu fördern.

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Projektberichte

Sitzungsunterlagen

Das hier vorgestellte IGF-Vorhaben der Forschungsvereinigung Industrievereinigung für Lebensmitteltechnologie und Verpackung e.V. (IVLV e.V.) wird über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.