Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

In-Situ Reinigungsverfahren von Membranfilterpressen mit sensorgesteuerter und bedarfsorientierter Automatisierung

Die Reinigung und das Hygienic Design von Anlagen für die Getränke-, Lebensmittel- und Pharmaindustrie sind für eine hygienegerechte und sichere Produktion unerlässlich. Dies gilt insbesondere für Filtermedien, da diese feine und schwer reinigbare Oberflächen besitzen. Derzeit ist die Reinigung von Filtern meist konservativ ausgelegt, was zu einer Überdimensionierung der Reinigungsregimes führt. Gerade für kleine und mittlere Firmen weist eine bedarfsorientierte, auf den jeweiligen Verschmutzungsgrad angepasste, Reinigung ein hohes Einsparungspotential auf, da hier ein häufiger Produkt- oder Chargenwechsel stattfindet.

Ziel des Forschungsvorhabens ist die Entwicklung einer mechano-optischen Reinigungseinheit, welche aus einer pulsatorisch betriebenen Düsenlanze und einer optischen Kameraeinheit zur Rückstandsanalyse besteht. Die Kameraeinheit analysiert das Filtertuch und lokalisiert unzureichend gereinigte Stellen. Gleichzeitig kommuniziert der Sensor mit der Düsenlanze, was eine definierte Nachreinigung der entsprechenden Stellen bewirkt.

Dieser Ansatz zur automatisierten, bedarfsorientierten Reinigung wird zunächst in Laborversuchen untersucht, relevante Einflussparamater bestimmt und parallel der Algorithmus zur Dokumentation des Verschmutzungszustands entwickelt. Die Umsetzung im Technikumsmaßstab erfolgt an einem Maischefilter, sodass ein beispielhafter, industrieller Anwendungsfall vorliegt. Biertreber sind an dieser Stelle eine geeignete Verunreinigung, da sie eine große Spanne an unterschiedlichen Partikelgrößen bieten und aus zahlreichen organischen Substanzen bestehen. Daher können die erzielten Kenntnisse auf weitere Verunreinigungsmatrices, Filtersysteme und Anwendungsfälle übertragen werden.

Im Fokus steht die Entwicklung einer neuartigen, bedarfsorientierten Reinigungsmethodik, wodurch insbesondere kleine und mittlere Firmen von den Ergebnissen profitieren und einer wirtschaftlichen Verwertung zuführen können.

Ergebniszusammenfassung:

Im vorliegenden Projektbericht wird die In-Situ-Reinigung einer Membranfilterpresse mit Fokus auf die dort applizierten Filtertücher untersucht. Das Hauptziel war die Entwicklung eines neuartigen automatisierten Reinigungsverfahrens, das mittels bildgebender Verfahren den Verschmutzungszustand einer Membranfilterpresse beim Reinigen quantitativ erfasst. Auf diesen Informationen basierend wird die Reinigungsintensität fortlaufend in-situ eingestellt. Als praxisnaher Musterprozess dient die Maischefiltration in einer Brauerei. In der Praxis liegen lösliche und partikuläre Verschmutzungen häufig gemeinsam vor. In den seltensten Fällen heben sich diese durch Fluoreszenz hervor und Partikel nehmen eher unregelmäßige Formen an. Aus diesem Grund werden bildanalytische Methoden entwickelt und eingesetzt, da sich durch kommerziell erhältliche Sensoren Bildpunkte in der Größenordnung von wenigen Mikrometern unterscheiden lassen. Darüber hinaus wurden detaillierte Parameterstudien zur Reinigbarkeit von Filtertüchern durchgeführt. Hierbei wurden die Düsengeometrie, der Filtertuchtyp und die generellen Reinigungsparameter (Druck, Abstand Düse-Tuch, Strahlwinkel, Verunreinigungsmatrix, Reinigungszeit, Pulsation) variiert. Hierbei zeigte sich, dass vor allem die Filtertuchbeschaffenheit (Gewebetyp, Maschenweite, Tuchrauigkeit) die entscheidendsten Parameter darstellen. Des Weiteren können mit der Düsengeometrie andere Parameter wie z.B. der Reinigungsdruck reduziert werden. Eine pulsierende Betriebsweise vergrößert zusätzlich den Reinigungsgrad bei gleichzeitiger Verringerung des eingesetzten Reinigungsfluids sowie -zeit. Mit Projektabschluss wurde daher die vorwettbewerbliche Einsatzfähigkeit (Proof of Concept) des kompletten Systems demonstriert. Mit den Parameterstudien erhalten KmU direkte Handlungsanweisungen, wie eine Membranfilterpresse effizient im Sinne eines modernen Prozesses gereinigt werden können.