Perfekte Ergebnisse durch membranbedeckte Sensoren

Bei der kaltaseptischen Abfüllung von Getränken werden in der Regel zwei Desinfektionsmittel verwendet, entweder Wasserstoffperoxid oder Peressigsäure. Wasserstoffperoxid wird in der Lebensmittel- bzw. Getränkeindustrie in 35 %iger Lösung eingesetzt. Häufige Anwendungsgebiete sind die Sterilisation von PET-Flaschen, Kunststoffbehältern und mehrschichtigen Kartonverpackungen. Zahlreiche Lebensmittel (Getränke, Milch, Milchprodukte, Soßen, Suppen) werden heute zur besseren Haltbarkeit und Produktqualität in Kartons, Becher, Flaschen und Folien aseptisch abgepackt. Dabei wird das Verpackungsmaterial mit 35 %igem Wasserstoffperoxid desinfiziert, bevor das jeweilige Lebensmittel eingefüllt wird. Die hohe bakterizide Wirkung von H2O2, die Umweltverträglichkeit und die gute technische Realisierbarkeit sind die Gründe für die weite Verbreitung dieses Verfahrens.

Die stark oxidierende Wirkung von Peressigsäure (PES) bedingt den Einsatz als Bleichmittel, unter anderem bei Papieren, Textilien und Stärke sowie als Desinfektions- (in ca. 1 %iger Konzentration) und Sterilisationsmittel. PES zersetzt sich selbstbeschleunigend, ist aber besonders gegen äußere Erhitzung und Verunreinigung empfindlich. Die exotherme Zersetzung führt dabei zur Erhitzung der Flüssigkeit, was bis zum Aufkochen und Verpuffen führen kann. Die Gefahr nimmt mit der Konzentration und der Gebindegröße der Peressigsäure stark zu. Die Konzentration technisch eingesetzter Lösungen wird deshalb üblicherweise auf unter 15 % beschränkt.

Beide Desinfektionsmittel werden heute noch in der Getränkeindustrie verwendet, wobei besonders in neuen Anlagen das Trockensterilisationsverfahren mit gasförmigem Wasserstoffperoxid die häufiger eingesetzte Methode ist. Aufgrund der Umweltgefährdung ist die Handhabung von Peressigsäure aufwendiger als die von Wasserstoffperoxid. Häufig werden die beiden Stoffe in konzentrierter Form bezogen und dann vor Ort auf die entsprechende Arbeitskonzentration verdünnt. Damit man hier immer mit der gleichen Konzentration arbeitet, um reproduzierbare Ergebnisse zu erhalten, ist es sinnvoll, die Konzentration vor dem eigentlichen Desinfektionsschritt zu ermitteln beziehungsweise einzustellen.

Für die Regelung des Desinfektionsmittelgehalts ist es von Vorteil, wenn ein elektrisches Signal permanent zur Verfügung steht, das proportional zur Desinfektionsmittelkonzentration ist. Dieses Signal kann dann als Eingangssignal für die Steuerung einer Dosieranlage für das Desinfektionsmittel verwendet werden, das heißt der Gehalt kann vollautomatisch geregelt werden. Zur Überwachung der Wasserstoffperoxid- und Peressigsäurekonzentration können beispielsweise membranbedeckte amperometrische Messzellen Tecline H2O2 und PAA von Jumo eingesetzt werden.

Amperometrische Sensoren arbeiten nach dem Zwei-Elektrodenprinzip. Um störende Verunreinigungen von den Elektroden fernzuhalten, ist die Messzelle durch eine Membran verschlossen. Der elektrolytgefüllte Elektrodenraum ist somit vor direktem Kontakt mit dem Messwasser geschützt. Verunreinigungen können nicht mehr auf den Elektrodenoberflächen abgelagert werden, während der zu bestimmende Analyt ungehindert durch die Membran hindurchtreten kann. Die Diffusion des Analyten durch die Membran sorgt dafür, dass sich die Konzentrationen zu beiden Seiten der Membran angleichen.

Bei den Messzellen Tecline H2O2 und PAA handelt es sich um membranbedeckte amperometrische Zwei-Elektrodenmesssysteme. Die im Schaft der Messzellen integrierte Elektronik liefert ein temperaturkompensiertes unkalibriertes Signal von 4…20 mA, das beispielsweise durch das Anzeige- und Regelgerät Aquis 500 AS, den Messumformer/Regler dTrans AS 02 oder das Mehrkanalmessgerät Aquis touch S oder P weiterverarbeitet werden kann. Das Gerät übernimmt zwei Funktionen: Es stellt die notwendige Versorgungsspannung zur Verfügung und erlaubt die einfache Kalibrierung des Messsystems. Die Messzellen können aber auch an andere Anzeiger, Regler, Schreiber oder SPS-Systeme angeschlossen werden, sofern diese Spannungsversorgung und Kalibrierung erlauben. Die Messzellen sind für verschiedene Messbereiche erhältlich: 0 bis 500, 0 bis 10 000, 0 bis 20 000 und 0 bis 50 000 ppm.

Zum Einbau der Tecline H2O2 und PAA wird eine spezielle Durchflussarmatur empfohlen, die in Bezug auf die Sensoranströmung optimiert ist. Zur einwandfreien Funktion des Sensors ist eine Mindestanströmungsgeschwindigkeit von 15 cm/s einzuhalten; das entspricht einer Mindestdurchflussmenge von 30 l/h in der Durchflussarmatur. Wenn das Einhalten der Mindestanströmungsgeschwindigkeit nicht auf andere Weise gewährleistet werden kann, sollte unbedingt eine Überwachung der Mindestanströmungsgeschwindigkeit erfolgen. Oberhalb dieser besteht nur eine geringe Durchflussabhängigkeit des Messsignals.

Reproduzierbare Ergebnisse des Desinfektionsprozesses können durch Einstellung und Messung des Wasserstoffperoxid- oder Peressigsäuregehaltes erhalten werden. Der Einsatz von membranbedeckten Sensoren bietet dabei den Vorteil, dass diese durch die Membran verschmutzungsunempfindlicher sind und das Messsignal eine geringe Abhängigkeit vom Durchfluss aufweist. Durch die integrierte Elektronik, die ein 4…20-mA-Signal ausgibt, ist es möglich, diese Sensoren mit den unterschiedlichsten Auswertegeräten zu verbinden und diese so ohne viel Aufwand in den bestehenden Prozess zu integrieren.

Halle 11, Stand C28

prozesstechnik-online.de/dei0414418