Hygienische Durchflußmeßtechnik

Dipl.-Ing. Martin Hees

Hygienic Design hat zum Ziel, das Produkt sicher und mit ausreichender Haltbarkeit und Qualität herzustellen. Eine entscheidende Voraussetzung hierfür ist ein optimierter Reinigungsprozeß sowie die Verwendung von hygienisch konstruierten und reinigbaren Bauteilen, Komponenten und Meßgeräten. Die wesentlichen Aspekte des hygienischen Designs für Sensoren lassen sich wie folgt zusammenfassen:

• Verwendung von lebensmittelkonformen Materialien für alle produktberührten Teile,

• die Oberflächengüte der produktberührenden Materialien,

• ausreichende Schutzart und die richtige Wahl des Gehäusematerials,

• branchenrelevante Prozeßanschlüsse, besonders für die Durchflußmessung,

• spaltfreier Einbau (frontbündig) der verschiedenen Sensoren,

• hygienische Konstruktion als Zusammenspiel der vorher genannten Punkte,

• Inline-Reinigungsfähigkeit als Qualitätsmaßstab bzw. Qualitätsnachweis für den Einsatz im Food- und Pharmabereich.

Darüber hinaus müssen die Meßgeräte den üblichen Reinigungszyklen problemlos standhalten. Im wesentlichen wird also das Anforderungsprofil durch das herzustellende Produkt selbst, die Sterilisierungszyklen, die Sensorumgebung und die Meßgenauigkeitsanforderungen beschrieben.

Neben der hygienischen Gestaltung der Sensorik ist die Zulassung der produktberührten Werkstoffe für den Einsatz im Food- und Pharmabereich von größter Wichtigkeit. Diese Forderungen werden durch eine Vielzahl von Richtlinien, Empfehlungen und Gutachten definiert und sichergestellt. Besonders relevant sind hier die EG-Hygienerichtlinie 93/43 EWG vom 14.6.1993, die HACCP-Grundsätze, die EHEDG-Empfehlungen (European Hygienic Equipment Design Group), die FDA-Richtlinien (Food and Drug Administration), die GMP-Richtlinien sowie die 3-A Sanitary Standards.

Eine entscheidende Rolle bei einem Durchflußmesser für hygienische Anwendungen spielt das Dichtungskonzept. Grundsätzlich besteht die Gefahr einer bakteriologischen Verunreinigung bei Einsatz einer Dichtung. Um dies zu vermeiden, ist es deshalb üblich, auf Dichtungen ganz zu verzichten oder diese periodisch auszutauschen.

Werden Dichtungen in einer Anlage verwendet, müssen die Übergänge spaltfrei ausgeführt und die Dichtungsmaterialien möglichst lange resistent gegenüber den verwendeten Reinigungsmitteln sein.

Die Dichtungswerkstoffe müssen ebenfalls lebensmitteltauglich sein. Dies wird normalerweise durch die Konformität zur FDA-Verordnung sichergestellt.

Magnetisch-induktive Durchflußmeßsysteme kommen überall dort zum Einsatz, wo leitfähige Medien volumetrisch erfaßt werden können. Typische Anwendungsbeispiele sind hierfür die Durchflußmessung von Säure und Lauge in einer CIP-Reinigungsanlage, die Messung von Bier, Milch und Fruchtsaft im Food-Betrieb und die volumetrische Erfassung von wäßrigen Lösungen wie Tinkturen im Pharmabetrieb.

Der magnetisch-induktive Durchflußmesser Promag H verwirklicht ein durchgängiges Hygienekonzept nach den EHEDG-Richtlinien. Dieser speziell für die Food- und Pharmaindustrie gedachte Durchflußmesser wurde zusammen mit der Technischen Universität München (Weihenstephan) konstruiert. Er besitzt ein Gehäuse aus Edelstahl 1.4301 und ist somit bestens zum Einsatz in Molkereien und Brauereien geeignet, bei denen zur Desinfektion auch mit aggressiven Außenreinigungsmitteln gearbeitet wird. Sein Auskleidungskonzept (Transfer Moulding) erlaubt auch den Einsatz in Prozessen mit ständig wechselnden Temperaturen. Temperaturzyklen von +4 bis +150 °C – beispielsweise im Molkereibetrieb nach der Sterilisation – haben keine Schädigung der Auskleidung zur Folge.

Die Fülle der erhaltenen Prozeßparameter (Masse, Dichte, Temperatur und Volumen) macht den Massemesser Promass zu einem multifunktionalen Sensor für die Food- und Pharmaindustrie. Grundsätzlich kann man die Einsatzgebiete in folgende Anwendungsverfahren bzw. -gebiete eingruppieren, die typisch für jeden Betrieb sind:

• Dosierung bzw. Zumischen von Komponenten nach vorgegebenen Rezepturen,

• Ermittlung der Mediumsdichte und artverwandter Parameter,

• Durchflußmessung nichtleitender Medien (z. B. VE-Wasser),

• Durchflußmessung mit erhöhter Genauigkeit sowie die

• Erfassung feststoffhaltiger und hochviskoser Medien.

Besonders bei der Zumischung von Produkten nach vorgegebener Rezeptur zeigt das Coriolis-Meßsystem seine Stärke, da die Dosierung in kg erfolgt. Abbildung 3 zeigt eine Anlage von Guth Engineering (Landau/Pfalz) zur Dosierung von Komponenten für die Produktion von Aronal- und Elmex-Zahnpasta bei der Wybert GmbH in Lörrach. Alle erforderlichen Komponenten werden hier nach vorgegebener Rezeptur gewichtsmäßig in die Mischanlage zudosiert.

Auch bei Massemeßsystemen gilt in hohem Maße die hygienische Gestaltung der Sensorik. Bei Zweirohr-Massemeßsystemen ist eine durchdachte Konzeption und hygienisches Design des inneren Meßrohraufbaues unbedingt notwendig. Die dafür notwendigen Strömungsteiler sind z. B. bei den Meßsystemen Promass F und Promass M nach hygienischen und aseptischen Gesichtspunkten gefertigt, um eine Kontamination des Sensorinnenraumes zu vermeiden. Ein Gutachten nach EHEDG und 3-A liegt vor.

Für hochviskose und feststoffbeladene Medien wie Marmelade und Fruchtjoghurt wurde speziell der Einrohr-Massemesser Promass I gestaltet. Er besitzt im Gegensatz zu den beiden vorher erwähnten Meßsystemen nur noch ein durchgehendes, gerades Meßrohr. Diese Konstruktion stellt den Idealfall für ein Massedurchflußmeßsystem dar, da das Meßrohr und die angeschlossenenen Produktleitungen den gleichen Querschnitt besitzen können. Dies ist insbesondere für Medien relevant, die empfindlich auf zu hohe Scherkräfte reagieren. Ein weiterer Vorteil dieses Meßsystems ist die Fähigkeit, den Sensor zu molchen; ein Vorgang, der sehr oft in der Pharmaindustrie zum Produktausschub angewendet wird.

Weitere Informationen cav-309