Digitale CIP-Optimierung für Membranfiltration

Membranfiltrationsanlagen trennen oder konzentrieren Stoffe ohne thermischen Stress. Das Verfahren wird hauptsächlich in der Nahrungsmittelherstellung, der Milch- und auch New-Food-Industrie eingesetzt, um etwa Milchprotein- oder Fischkollagenisolate herzustellen. Bisher war die Reinigung der Anlagen energie- und wasserintensiv: Verschiedene chemische Reinigungsmittel werden in die Anlage dosiert, eine bestimmte Zeit im Kreislauf gepumpt und anschließend mit Wasser ausgespült.

Um weniger Wasser zu verwenden, nutzt die Software Smart Filtration Flush von GEA hingegen Sensoren, die ständig die Permeatqualität des Wassers beim Spülen messen. Statt vorab Spülintervalle und Wassermengen pauschal festzulegen, stoppt die Software den Prozess wesentlich früher, sobald der Hygienegrad erreicht ist und die Reinigungsmittel ausgeleitet sind. Je nach Anlagenart, -größe und Wassereigenschaften reduzieren Betreiber den Frischwasserbedarf dadurch um bis zu 50 %.

Optimierung verkleinert CIP-Infrastruktur

„Eine typische Molkeproteinkonzentration besteht aus zwei bis vier aneinander geschalteten Filtrationsanlagen, die nicht selten mehr als 100 Liter Wasser pro Reinigungsdurchlauf benötigen“, gibt Nils Mørk, Innovationsingenieur für Membranfiltrationen bei GEA, ein Beispiel. „Unsere Tests zeigen, dass wir in solch großen Anlagen bis zu 50.000 Liter Wasser pro Reinigung sparen können, in kleinen Produktionen 500 bis 700 Liter pro CIP.“

Zudem gilt: Wer weniger Wasser in den Prozess leitet, muss auch weniger Abwasser entsorgen. „Viele Hersteller können ihre Filtrationsanlagen nur sukzessive reinigen, weil die Spülung von Filtrationsanlagen oft die Leitungskapazität übersteigen. Das birgt ein potenzielles Sicherheitsrisiko für das Personal und kann den Produktionsbereich kontaminieren. Mit Smart Flush können wir den Wasserdurchfluss bei Spitzenlast eliminieren, weil wir die Druckschwankungen in der Wasserversorgung und das Überlaufen der Abflussleitungen deutlich reduzieren.“

Das zweite Software-Modul GEA Smart Filtration CIP bewirkt, dass die Pumpen pulsierend und nicht durchgängig betrieben werden. Dadurch verbrauchen sie bis 50 % weniger Strom während des CIP-Prozesses. Üblicherweise gilt, dass durch große Scherkräfte, also mechanisches Waschen mit starkem Spülstrom, die beste Reinigung erzielbar sei. Dafür ist während der CIP-Schritte der maximal zulässige Druckabfall über die Membranen nötig – mit entsprechend höherem Energieverbrauch. Die Entwickler brechen hier mit der ineffizienten Praxis, ohne die Wirksamkeit zu verlieren.

Prinzip Waschmaschine

Tests des Lösungsanbieters bei verschiedenen Mem-brananlagen belegen, dass die Reinigungswirkung auch dann gegeben ist, wenn die Pumpe nur in kurzen Intervallen betrieben wird, sofern Zeit, Temperatur und Konzentration der Chemikalien konstant gehalten werden. „Was wir von Waschmaschinen kennen – Kleidung in der Trommel drehen, in Intervallen anhalten, das Reinigungsmittel wirken lassen – übertragen wir auf Membrananlagen“, erklärt Mørk. Im direkten Vergleich mit Anlagen im Standardpumpenbetrieb unter Volllast würden kleine Produktionsanlagen mit Smart Filtration CIP fünf bis sieben Kilowattstunden pro Reinigung einsparen, so der Filtrationsexperte. Große Filtrationsanlagen benötigten mit dieser Entwicklung 60 bis 100 kWh pro CIP-Prozess weniger elektrische Energie.