Ein weltweit führender Hersteller von Suppenkonzentraten hat im Rahmen von Energiesparmaßnahmen ein neues Produktionsverfahren zum Eindampfen von Kochbrühen aus verschiedenen Grundsubstanzen gesucht. Dies gelingt mit dem hier vorgestellten Eindampfverfahren bei hoher Flexibilität in der Fahrweise und der Endkonzentration.
Wesentliche Aufgabenstellungen waren eine hohe Flexibilität bezüglich der Grundsubstanzen, Variabilität hinsichtlich der Zulaufmengen und Endkonzentrationen, ein steriles Endprodukt, maximale Energierückgewinnung sowie die Berücksichtigung des eingeschränkten Raumbedarfs. Die Verfahrensingenieure von API Schmidt-Bretten, einem Unternehmen der API-Heat-Transfer-Gruppe, konnten hier mit ihrer jahrzehntelangen Erfahrung bei der Eindampftechnik von Lebensmitteln eine Lösung anbieten, die all diesen Kriterien gerecht wurde.
Prozessbeschreibung
Die Grundstoffe auf Basis von Huhn, Pute, Rindfleisch oder Gemüse werden wie bisher über einen definierten Zeitraum in einem atmosphärisch betriebenen Kochbehälter bei 100 °C gekocht. Die bisher daran angeschlossene offene Eindampfung mittels Direktdampf wurde nun ersetzt durch eine zweistufige Sigmastar-Plattenverdampferanlage mit integriertem thermischen Brüdenverdichter. Ergänzt wurde das System durch einen nachgeschalteten Sigmavap-Plattenverdampfer als Hochkonzentrator und einen Sigmatherm-Kurzzeiterhitzer, auf den beide Verdampfer wahlweise zugeschaltet werden können.
In der ersten Stufe des Sigmastar-Plattenverdampfers wird die Kochbrühe vorkonzentriert. Das Zwischenkonzentrat wird danach in der zweiten Stufe auf die gewünschte Endkonzentration gebracht. Die gesamte Verdampferanlage arbeitet unter Vakuum, wobei die Beheizung der zweiten Stufe mittels Brüden (Abdampf) aus der ersten Stufe erfolgt. Zur Reduzierung des Heizbedarfs in der ersten Stufe wird zusätzlich ein thermischer Brüdenverdichter eingesetzt.
Das variable Anlagenkonzept ermöglicht dem Betreiber hohe Flexibilität in seiner Produktauswahl, denn je nach Kundenwunsch können verschiedene Produktkonzentrationen aus der Verdampferanlage direkt abgefüllt oder über den nachgeschalteten Hochkonzentrator weiter eingedickt werden.
Die in das Verfahren integrierte Sigmatherm-Sterilisationsanlage kann an die verschiedenen Produktkonzentrationen angepasst werden und Durchsatzmengen von 450 bis 2200 kg/h verarbeiten. Der Betreiber ist somit in der Lage, die Anlage direkt mit Produkt aus der zweistufigen Verdampferanlage oder aus dem Hochkonzentrator zu beschicken. Darüber hinaus können wahlweise auch Produkte aus anderen Vorprozessen gefahren werden. Die sterilisierten Produkte können wahlweise auf bis zu 8 °C abgekühlt oder direkt der Heißabfüllung bei 82 °C zugeführt werden. Der Lieferumfang umfasste weiterhin einen Kühlturm mit integrierter, variabler Wärme-rückgewinnung sowie zwei Kondensatkühler der Sigma-Baureihe von API Schmidt-Bretten zur Erwärmung von Prozesswasser zur Nutzung in anderen Produktionsbereichen des Betreibers.
Der gesamte Prozess wird automatisch über eine SPS-Steuerung gefahren, wobei im Rahmen der Installation auch periphere, bauseits bereits vorhandene Anlagenteile mit aufgenommen und in der Visualisierung mit dargestellt wurden.
Verfahren mit vielen Vorteilen
Das neu installierte Verfahrenskonzept bietet dem Betreiber vor allem in folgenden Bereichen Vorteile:
- Energieeinsparung: Bei einer Produktendkonzentration von 30 Gew.-% kann der Betreiber bei kontinuierlicher Fahrweise gegenüber dem bisherigen Verfahren bis zu 18 000 t Dampf pro Jahr einsparen. Dies entspricht hier einer Reduzierung der Energiekosten um nahezu 70 %.
- verbesserte Produktqualität: Durch die vollautomatische Regelung unter Einbeziehung einer kontinuierlichen Dichte- und Brix-Zahl-Messung am Ausgangsprodukt wird die Produktqualität konstant gehalten und die Produktausgangskonzentration kann dabei variabel gewählt werden. Weiterhin sind gegenüber der bisherigen Fahrweise deutlich höhere Konzentrationen bei den Endprodukten möglich. Es wurde hier eine Steigerung von bisher maximal 30 auf nunmehr 60 °Brix erreicht. Darüber hinaus kann das Produkt nunmehr über den integrierten Sterilisator direkt vom Verdampfer zur Verpackung gefahren werden, was die Gefahr von Kontaminationen weiter minimiert.
- Flexibilität: Die Produktkonzentrationen aus dem Verdampfer können den Wünschen verschiedener Endkunden angepasst werden. Die nunmehr neu erreichten Endkonzentrationen führen zu erheblichen Einsparungen bei Verpackungs- und Versandkosten.
- geringer Platzbedarf: Die hohen spezifischen Übertragungsleistungen der Sigmastar-Plattenverdampfer führen zu einer kompakten Bauweise, sodass die gesamte Anlage einschließlich Sterilisator in einen vorhandenen Produktionsraum von ca. 60 m2 bei einer maximalen Raumhöhe von 4,6 m untergebracht werden konnte.
Die Anlagenkomponenten
Die Sigmastar-Plattenverdampfer arbeiten nach dem Steigfilmprinzip, wobei die spezielle Röhrchengeometrie ein optimales Fließverhalten des Produktes gewährleistet. Durch die besondere Prägung der Platten wird eine gleichmäßige Verteilung in die Heizkanäle erreicht. Daraus ergibt sich eine günstige Kombination thermischer Übertragungsleistung ohne Produktanbackungen oder Verkrustungen bei gleichzeitig sehr kompakter Bauweise.
Die Sigmavap-Plattenverdampfer arbeiten ebenfalls nach dem Steigfilmprinzip. Sie werden bei geringen Produktmengen und hohen Endkonzentrationen eingesetzt. Zur besseren Benetzung der Plattenoberfläche wird ein Teil des Zwischenkonzentrats im Kreislauf gefahren. Die Sigmatherm-Kurzzeiterhitzungsanlagen sind eine klassische und bewährte Lösung zur Haltbarmachung von flüssigen Lebensmitteln. Kernstück der Anlage ist der Plattenwärmeübertrager, gebaut als Apparat mit Abteilungen für die thermischen Funktionen Wärmeaustausch, Erhitzung mit Heißhaltung und Kühlung. Zwischen Austauscher und Erhitzer ist eine zusätzliche Druckerhöhungspumpe eingebaut.
Mit dem hier vorgestellten Eindampfverfahren können Kochbrühen für Suppen und Suppenkonzentrate energiesparend eingedickt werden – bei hoher Flexibilität in der Fahrweise und der Endkonzentration. Weitere Applikationen wie z. B. Fischeiweiß-Lösungen sind bereits ebenfalls erfolgreich erprobt und in der Umsetzung.
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