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Filtermonitoring in der Milchindustrie

Thermische Strömungssensoren
Filtermonitoring in der Milchindustrie

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Thermische Strömungssensoren, wie beispielsweise die Flexflow-Sensoren von Baumer sind für das Filtermonitoring eine praktikable und kosteneffiziente Lösung, denn sie messen sowohl Temperatur als auch Strömungsgeschwindigkeit.

Die Grundlage für Proteine, die zur Nahrungsmittelanreicherung genutzt werden, liefern meist Molke oder Magermilch. Sie werden Schritt für Schritt filtriert, um die Proteinkonzentration zu erhöhen und unerwünschte Bestandteile vom Protein zu trennen. Ziel ist die Gewinnung eines Retentats bzw. Konzentrats mit möglichst hohem Proteingehalt, das anschließend getrocknet und weiterverarbeitet wird. Dieser Prozess ist sehr energieintensiv und hängt entscheidend vom Zustand der Filter ab. Kalorimetrische Strömungssensoren können die Überwachung des Filterzustands erleichtern und so dazu beitragen, die Qualität und Wirtschaftlichkeit der Proteingewinnung zu optimieren.

Ein Sensor für zwei Messgrößen

In den Filteranlagen der Milchindustrie ist die Crossflow-Technologie üblich, um bei Milch oder Molke den Proteingehalt zu erhöhen. Die Medien, die sogenannten Feeds, werden solange durch entsprechende Filter gepumpt, bis das verbleibende Retentat die gewünschte Trockenmasse hat. Indikator für die Wirksamkeit der Filtrationspumpen und damit des Filtrierprozesses sind meist eine Kombination von Temperatur- und Druckmessung. Anhand der Druckdifferenz der Messwerte vor und hinter einer Filtrationsanlage lassen sich Rückschlüsse auf die Filterverschmutzung ziehen. Doch warum nicht den direkten Weg gehen und die Fließgeschwindigkeit des Mediums messen, um sicher zu wissen wie der Filtrationsprozess funktioniert? Bei zu niedriger Strömungsgeschwindigkeit beispielsweise verstopft der Filter schneller und muss gereinigt oder ausgetauscht werden. Strömungsverlagerungen sind bei parallel geschalteten Modulbatterien ein permanentes Problem. Bei zu hoher Strömungsgeschwindigkeit wird der zulässige Druckverlust pro Modul überschritten und die Module teleskopieren.

Gleichzeitig ist die Temperatur eine wichtige Größe beim Filtrieren. Die hierbei meist gewählte Temperatur von ca. 50 °C begünstigt die Filtration, ohne dass es schon zu einer Denaturierung der thermolabilen Molkenproteine kommt. Die Prozesstemperaturen müssen also ebenfalls überwacht werden. Thermische Strömungssensoren, wie beispielsweise die Flexflow-Sensoren von Baumer sind deshalb für das Filtermonitoring eine praktikable und kosteneffiziente Lösung, denn sie messen sowohl Temperatur als auch Strömungsgeschwindigkeit. Da die Sensoren zudem ohne bewegliche mechanische Bauteile auskommen, sind sie nahezu wartungsfrei und ermöglichen so über viele Jahre eine sichere Überwachung der Querstromfilter.

Kalorimetrisches Messprinzip

Die Strömungssensoren arbeiten nach dem kalorimetrischen Messverfahren. Dieses basiert auf den physikalischen Gesetzmäßigkeiten der Wärmeleitung und des Wärmetransports in Flüssigkeiten und Gasen. Ein Körper höherer Temperatur gibt an seine Umgebung Energie in Form von Wärme ab. Die Höhe der Energieabgabe ist abhängig von der Temperaturdifferenz und dem Massefluss des vorbeiströmenden Mediums. Das lässt sich messtechnisch nutzen:

Ein um wenige Grad über Medientemperatur aufgeheizter Sensor wird durch die ihn umströmende Flüssigkeit abgekühlt, dabei ist der Grad der Abkühlung direkt abhängig von der Art und Menge der vorbeiströmenden Masse. Neben der Fließgeschwindigkeit lässt sich so mit einem Sensor simultan auch die Medientemperatur erfassen und überwachen. Das reduziert die Anzahl der Messstellen und minimiert den Aufwand für Installation, Service und Lagerhaltung.

Überwachung des Filterzustands

Um den Filterzustand zu überwachen, genügen bei einer typischen Anordnung drei Sensoren: einer im zentralen Zulauf des Feeds, ein weiterer im seitlichen Abfluss des Permeats und ein dritter zur Überwachung des Retentats. Veränderungen der Strömungsgeschwindigkeiten geben Aufschluss über den Zustand des Filters, Reinigungsintervalle lassen sich so optimieren oder Filter rechtzeitig tauschen. Das spart Zeit und obendrein auch noch Energie, weil auch die Leistung der Pumpen immer präzise angepasst werden kann. Das Filtermonitoring mithilfe der thermischen Strömungssensoren verbessert damit den gesamten Prozess. Denkbar wäre auch die Überwachung der gleichmäßigen Anströmung aller parallel geschalteten Modulrohre, da Strömungsverlagerungen letztlich immer dazu führen, dass einzelne Module verstopfen bzw. andere strömungstechnisch überlastet werden.

Für den Einsatz in der Milchindustrie sind die Sensoren zudem bestens gerüstet. Die Version PF20H ist speziell für den Einsatz in hygienisch sensiblen Bereichen ausgelegt. Sie eignet sich für Fließgeschwindigkeiten von 10 bis 400 cm/s und Temperaturen zwischen -25 und 150 °C. Auch CIP- oder SIP-Reinigungsprozesse können mit diesem Sensor bestens überwacht werden. Die Sensoren gibt es mit unterschiedlichen Prozessanschlüssen und Stablängen von 16 bis 200 mm. Dank seines symmetrischen und zentrierten Designs kann der Sensor unabhängig von Einbaulage und Ausrichtung optimal im Prozess installiert werden. Das garantiert präzise Messungen und Prozesssicherheit.

Hygienegerecht

Unterschiedliche, für die Milchindustrie zugelassene Anschlussvarianten stehen zur Wahl. Die EHEDG-zertifizierte Baumer Hygienic Connection (BHC) ist ein Beispiel dafür, wie cleveres Design helfen kann, eine Bakterienkontamination im Prozess von vornherein zu verhindern. Der frontbündige Einbau ohne Toträume trägt entscheidend zur Lebensmittelsicherheit bei und vereinfacht die Reinigung.

Auch die Anbindung an die übergeordnete Automatisierung ist einfach. Die Sensoren gibt es entweder in Analogausführung (4…20 mA, 0…10 V) oder mit frei einstellbaren Ausgängen mittels IO-Link. Die Schnittstelle IO-Link erlaubt die gleichzeitige Parametrierung mehrerer Sensoren. Das vereinfacht die Schaltpunktanpassung für unterschiedliche Prozessschritte und spart Zeit. Alle Datensätze können zudem zentral in der SPS vorgehalten werden, was eine fehlerfreie Konfiguration der Anlage gewährleistet. Bei der Sensorvariante mit IO-Link gehört zudem die für thermische Strömungssensoren typische Systemschwäche der Vergangenheit an, nämlich die Unterscheidung zwischen Temperatur- oder Strömungsänderung bei großen Temperatursprüngen, wie sie in einem CIP-Prozess vorkommen, z. B. beim Wechsel von kaltem Vorspülwasser auf heiße Reinigungsmedien. Ein integriertes Quality-Bit signalisiert, ob das Strömungssignal gültig oder ungültig ist. Damit ist auch die zuverlässige Überwachung der Reinigung gewährleistet.

www.prozesstechnik-online.de

Suchwort: dei0818baumer


Autor: Martin Leupold

Senior Produktmanager Prozesssensoren,

Baumer


Autorin: Ellen-Christine Reiff

Freie Journalistin



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