Intelligente Anlagenkonzepte reduzieren Energiekosten

Bei der Auslegung der Verdampfer wird stets darauf geachtet, den zum Betrieb der Anlage benötigten Energieeinsatz zu reduzieren. In der Vergangenheit wurde dies über die mehrstufige Anlagenschaltung und die Anwendung der thermischen Brüdenkompression realisiert. Heute werden Eindampfanlagen vermehrt mit mechanischer Brüdenverdichtung (MBV) ausgestattet und arbeiten äußerst energieeffizient gemäß dem Prinzip eines offenen Wärmepumpensystems. Als mechanische Brüdenverdichter sind heute sparsame radiale Hochdruckventilatoren Stand der Technik.

Die umweltfreundlichste und zugleich wirtschaftlichste Möglichkeit bietet die Nutzung von Abfalldampf, beispielsweise Trocknerabdampf, zur Beheizung der Eindampfanlage. Die neueste Entwicklung ist die Kombination mit einer Membranfiltrationsanlage, wobei diese dann zur Vorkonzentrierung und der Verdampfer zur Hochkonzentrierung genutzt wird. Dadurch kann der Verdampfer deutlich kleiner ausfallen und somit auch der Energiebedarf reduziert werden.

Die Betriebskosten einer mit Direktdampf beheizten, vierstufigen Eindampfanlage für Fermentationsbrühen konnten durch den Umbau mit zwei mechanischen Brüdenverdichtern erheblich gesenkt werden. Die Eindampfanlage, konzipiert für 30 t/h Wasserverdampfung, hatte einen ursprünglichen Heizdampfbedarf von 8 t/h Frischdampf. Durch den Umbau und die Beheizung mit mechanischer Brüdenverdichtung ließ sich der Energieverbrauch auf 760 kW elektrischer Energie senken. In Europa (Kosten: ca. 30 Euro/t Dampf, elektrische Energie 0,1 Euro/kWh) würde das eine Einsparung der jährlichen Betriebskosten von ca. 1,3 Mio. Euro pro Jahr (bei 8000 Betriebsstunden im Jahr) einbringen. Bei einem Investitionsvolumen von weniger als 1,5 Mio. Euro rechnet sich der Umbau bereits nach nur 14 Monaten Laufzeit.

Auch in einem weiteren Anwendungsfall wurde eine bestehende mehrstufige Eindampfanlage durch GEA Wiegand umgebaut. Autolysierte Bierhefe wurde dort von 6 auf 45 % TS in zwei drei- und fünfstufigen dampfgespeisten Eindampfern aufkonzentriert. Eine der beiden Anlagen wurde von GEA Wiegand 1957 geliefert und war immer noch in Betrieb. Das Unternehmen hat diese Anlagen bei Uni- lever UK zur Produktion von Marmite durch eine moderne, energetisch effiziente einstufige Eindampfanlage mit mechanischer Brüdenverdichtung ersetzt. Die Energieeinsparung beträgt etwa 60 % im Vergleich zu den beiden alten Anlagen. Unter günstigen Bedingungen liegt der spezifische Energiebedarf einer Fallstrom-Eindampfanlage mit mechanischer Brüdenverdichtung durch Hochleistungsventilatoren bei nur 8 bis 10 kWh pro 1000 kg verdampftem Wasser. Dieser Wert kann unter ungünstigen Bedingungen bis auf 20 bis 30 kWh pro 1000 kg ansteigen, liegt aber auch dann noch mehr als 50 % unter dem Energiebedarf konventionell beheizter Anlagen.

2012 hat GEA Wiegand die weltweit erste Anlage zur Entalkoholisierung von Bier mit mechanischer Brüdenverdichtung (MBV) erfolgreich in Betrieb genommen. Die Anlage arbeitet nach dem Fallstromverdampferprinzip, das sich durch maximale Produktschonung, aufgrund tiefer Prozesstemperaturen, und kurzer Verweilzeiten auszeichnet. Die mechanische Brüdenverdichtung wird bei Eindampfanlagen für Milch, Saft, Malzextrakt und vielen anderen Produkten seit Jahrzehnten erfolgreich eingesetzt. Die besondere Herausforderung bei dem Einsatz dieser Technologie für die Entalkoholisierung, stellt die leichte Flüchtigkeit von Alkohol, die Anwesenheit von Inertgasen (z. B. Kohlenstoffdioxid) sowie die tiefen Prozesstemperaturen um 30 °C dar. Mit dem neuen Konzept von GEA Wiegand ist es nun gelungen, energieeffizient Wärme aus den verdampften Brüden zurückzugewinnen, sodass diese wieder zur Beheizung des Verdampfers eingesetzt werden kann. Das Konzept, realisiert bei der Paulaner Brauerei in München, zeichnet sich durch niedrige Energiekosten und den sehr guten Geschmack des alkoholfreien Bieres aus. Es spart gegenüber den bisher eingesetzten Verfahren pro Hektoliter Bier, aufgrund der effektiven Wärmerückgewinnung, rund 0,70 bis 1,20 Euro. Neben Weißbier und Pils lassen sich mit dieser Technologie auch andere zu entalkoholisierende Produkte wie Vanilleextrakt, Wein oder Apfelwein verarbeiten. Bei Paulaner wird die Anlage außer zur Entalkoholisierung von Weißbier auch zur Aufkonzentrierung von Bierhefe betrieben.

Die effizienteste Art zur Energieeinsparung ist die Nutzung von Trocknerabdampf, auch Trocknerbrüden genannt, zur Beheizung von Eindampfanlagen. Zur Konzentrierung proteinhaltiger Presswässer aus der Aufarbeitung von Hühnerabfällen kommen üblicherweise Fallstromverdampfer zum Einsatz. Alte Anlagen wurden vielfach mit Frischdampf beheizt und waren daher sehr energieintensiv. Bei einer aktuell durchgeführten Anlagenmodernisierung wurde die bisher einstufige, mit Frischdampf beheizte Anlage, auf eine dreistufige Anlage mit einer Verdampfleistung von 15 t/h erweitert. Zur Beheizung wird nun der bisher ungenutzte Abdampf aus dem bestehenden Trockner verwendet. Das Hauptkriterium für die Nutzung der Trocknerbrüden ist der Bestandteil von Inerten bzw. Luft und damit der Taupunkt des Wasserdampf-Luftgemisches. Je höher dieser ist, desto höher ist auch der Wasserdampfanteil und damit der nutzbare Energieinhalt. Durch den Umbau wurde eine deutliche Leistungssteigerung erreicht und die Zeit zwischen den Reinigungszyklen der Anlage erheblich verlängert. Die Energiekosten ließen sich signifikant reduzieren.

Für die Aufkonzentrierung dünnflüssiger Gelatine nach der Extraktion bietet eine Kombina-tion aus Membranfiltration und Verdampfer Vorteile, die sich in den Betriebskosten, den Investitionskosten der Produktionsanlage und der Qualität des Endprodukts niederschlagen. Durch die Vorkonzentrierung der Gelatine in einer Membranfiltrationsanlage auf 12 bis 18 % ist ein Verdampfer mit einer wesentlich kleineren Verdampfleistung ausreichend. In der Regel kommt ein Zwangsumlaufverdampfer mit Röhren- oder Plattenwärmeaustauscher zur Endkonzentrierung zum Einsatz. Viele Gelatine- und Leimhersteller nutzen diesen Effizienzgewinn, um einer bestehenden Eindampfanlage eine Membranfiltrationsanlage vorzuschalten. Dadurch lässt sich die Produktionskapazität entscheidend vergrößern, ohne die alte Technik komplett ersetzen und hohe Investitionskosten und langen Produktionsstillstand in Kauf nehmen zu müssen.

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