MEHR SAUBERKEIT IM TANK

Hygienic Design im Anlagenbau ist die Voraussetzung für eine erfolgreiche Reinigung. Treten Probleme in der Lebensmittelqualität auf, so ist dies oftmals auf eine ungenügend gereinigte Anlage zurückzuführen. Die Ursache hierfür liegt an einer falschen oder nicht ausreichenden Reinigung oder an einer Konstruktion und Auslegung der Maschine, die nicht einfach zu reinigen ist. Im schlimmsten Fall ist beides die Ursache. Seit über 30 Jahren publiziert die EHEDG Leitlinien zur reinigungsfreundlichen Konstruktion und wie Anlagen konzipiert sein müssen, dass sie erfolgreich gereinigt werden können.

Produktionsanlagen in der Getränkeund Milchindustrie sind in aller Regel vollautomatisiert und werden mittels Cleaning in place (CIP) ohne Demontage gereinigt. Sie bestehen aus Rohrleitungen (mit den darin verbauten Armaturen) sowie Behältern. Hier beginnen sich die Reinigungsverfahren zu unterscheiden. Die Rohrleitung wird in Vollflutung mit durchströmender Flüssigkeit gereinigt, die Behälter dagegen mittels Sprühreinigung. Die Mechanismen der Schmutzablösung als auch die Reinigungsparameter unterscheiden sich grundlegend. Aber auch der Schmutzzustand kann sich unterscheiden. In der Rohrleitung befindet sich der Schmutz, also alles was abgereinigt werden soll, meist in feuchter oder nasser Umgebung. Im Tank kann es jedoch zu Anbackungen und dem Eintrocknen von Belägen kommen.

Wenn Getränke lange Zeit im Behälter verweilen, wie es bei der Gärung von Bier der Fall ist, kommt es an der Phasengrenze und durch Schaum zu intensiven Belägen. Harte Die European Hygienic Engineering and Design Group (EHEDG) widmet sich aktuell intensiv dem Thema der Reinigung. Mehrere Leitlinien sind bereits veröffentlicht und beleuchten unter anderem die Tankreinigung. Nicht ohne Grund, denn ein sauberer Tank ist die Grundvoraussetzung für eine sichere Lebensmittelherstellung. Krusten lassen sich nicht einfach durch Benetzung mit Reinigungschemikalien auflösen und abreinigen. Bei den vier Reinigungsparametern aus dem Sinner’schen Kreis variiert vor allem die mechanische Einwirkung auf den Schmutz in Abhängigkeit davon, ob eine Rohrleitung durchströmt oder ein Tank mit einer Sprüharmatur gereinigt wird. Die Rohrströmung erzeugt eine Wandschubspannung, die auf den Schmutzbelag einwirkt. Harte Beläge im Tank müssen dem gegenüber mit großer mechanischer Kraft von der Oberfläche entfernt werden.

Eine strömende Flüssigkeit ist nicht in der Lage, die dafür notwendige Energie zur Verfügung zu stellen. Spezielle Sprühdüsen unterstützen die Reinigung durch eine gezielte Aufprallkraft des Flüssigkeitsstrahls. Derartige Hochdruckstrahlen sind in der Lage, harte Verkrustungen aber auch hochviskose Beläge abzulösen. In vielen Fällen kommen bei der Reinigung Flüssigkeitsfilme zum Einsatz, die fallend über die Tankwand strömen, den Schmutz benetzen und mittels entstehender Wandschubspannung ablösen. Bei vielen Schmutzarten kann dies bereits genügen. Sicherheit bei Verkrustungen gibt aber nur die mechanische Einwirkung eines Zielstrahls.

Eine optimale Reinigungsarmatur existiert nur für den jeweiligen Anwendungsfall. Ein pauschaler Vergleich zwischen verschiedenen Armaturen und deren Effizienz ist nicht möglich, da jede Lösung ihre Vor- und Nachteile hat. Es werden drei verschiedene Typen unterschieden: die statische Sprühkugel, die  rotierende Sprühkugel in einer Ebene und der mit Düsen bestückte Zielstrahlreiniger, der sich in zwei Ebenen dreht. Hinsichtlich ihrer mechanischen Einwirkung auf den Schmutz gilt genau diese Reihenfolge. Die Mechanik ist jedoch nicht das allein Entscheidende. Sind keine angebackenen Schmutzschichten vorhanden, wird diese einwirkende Kraft nicht benötigt. Oft ist eine intensive Benetzung der Oberfläche zur Schmutzablösung effizienter, wenn sich der Schmutz gut in der Reinigungsflüssigkeit auflöst.

Statische Sprühkugeln haben ihre Vorteile im Preis und im einfachen Aufbau. Sie decken große Bereiche von Volumenströmen und Drücken ab und lassen sich für unterschiedlich große Behälter einsetzen. Die Nachteile liegen im hohen Wasserverbrauch aber auch in ihren Selbstreinigungsmöglichkeiten. Auf der Außenkugel zwischen den Bohrungen entstehen Bereiche eines Sprühschattens. Diese Oberflächen werden nicht mitgereinigt, wenn die Sprühkugel vorher verschmutzt wurde. Die rotierenden Kugeln lassen sich ebenfalls beliebig konfigurieren. Allerdings benötigen sie weniger Volumenstrom und sind sparsamer im Verbrauch. Die vorhandenen Gleit- oder Kugellager machen den Aufbau komplexer, was die Selbstreinigung erschwert. Durch vorhandene Spalte werden Sprühschatten vermieden und die gesamte Oberfläche der Armatur gereinigt. Beide Varianten verteilen die Reinigungsflüssigkeit auf der Innenfläche des Tanks, die durch den fallenden Film gereinigt wird.

Genügt dies nicht, um die Verschmutzung zu lösen, können Zielstrahlreiniger eingesetzt werden. Diese erzeugen einen Flüssigkeitsstrahl mittels Düse, der mit hoher Energie auf die Oberfläche trifft. Damit die gesamte Tankinnenseite mit dem Strahl abgefahren wird, ist eine Drehung der Armatur in zwei Richtungen notwendig. Die Bewegung in horizontaler und vertikaler Ebene wird durch ein entsprechendes Getriebe realisiert. Dieses kann entweder durch den Flüssigkeitsstrom selbst oder durch einen externen Motor angetrieben werden. In beiden Fällen wird das Getriebe im Innenbereich der Reinigungsarmatur von der Flüssigkeit durchströmt. Damit wird deutlich, dass die Selbstreinigung dieser komplexen Geräte nicht so einfach ist. Mittels Spaltströmungen werden alle Oberflächen erreicht und Sprühschatten vermieden. Zu den Nachteilen zählt neben den Kosten vor allem die benötigte Zeit. Der Sprühstrahl muss mehrfach über die Tankoberfläche fahren, um eine vollständige Abreinigung zu erzielen.

Besitzt ein Behälter Ein- und Anbauten, die nicht für die Reinigung zugänglich sind, ist  es unmöglich, erfolgreich eine automatische Reinigung durchzuführen. Daher ist es entscheidend, dass Tanks so geplant und ausgeführt werden, dass eine Reinigung möglich ist und keine Sprühschatten vorhanden sind. Dies führt häufig dazu, dass viele Reinigungsarmaturen eingebaut werden, um jeden Schattenbereich einzeln zu reinigen. Die Idee von Hygienic Design ist allerdings, diese Schattenbereiche von Beginn an konstruktiv zu vermeiden, denn jedes tote Ende zum Anbau von Sensoren, Rührwerken, Filtern, oder Schaugläsern verursacht einen Sprühschatten, der nicht einfach zu reinigen ist. Hier gibt es technische Lösungen, um die Anbindung produktbündig zu vollziehen. Dadurch werden zusätzliche Installationen vermieden und die Reinigung optimiert im Hinblick auf alle Parameter. Diese, bei vollständiger Betrachtung, kostengünstigen Hygienic Design-Lösungen werden leider noch nicht als Standard verwendet. Den Betreibern obliegen somit häufige und aufwändige manuelle Nachreinigungen. Bei diesen besteht jedoch die Gefahr, dass die Oberflächen nicht ausreichend gesäubert werden oder Beschädigungen entstehen.

Schon die Einbindung der Sprüharmatur in den Behälter produziert meist einen Bereich, der nicht einfach zu reinigen ist. Ringförmige Toträume im T-Stück des Anschlusses sind nicht reinigbar. Löcher in der Anschlussleitung sollen diese Oberflächen dann benetzen. Solche Lösungen erfordern immer zusätzlichen Reinigungsaufwand und auch Kontrolle. Würde das T-Stück vermieden durch einen frontbündigen Flanschein  bau, müsste der Aufwand mit der Reinigung zusätzlicher Oberflächen nicht gemacht werden. Hinzu kommen technologisch notwendige Rührwerke in den Tanks, deren Oberflächen mittels zusätzlicher Reinigungsarmaturen gereinigt werden müssen. Spezielle Lösungen, die ausfahrbar in die Zarge verbaut werden, helfen während der Produktion keine zusätzlichen Oberflächen im Tank zu haben. Allerdings sind sie nicht bei jedem Rührwerk und Tank einsetzbar.  

Der Tankauslauf und die Möglichkeit, die Reinigungsflüssigkeit wieder zurück in die CIP-Station zu pumpen, ist ein weiterer wichtiger Bereich. Die Anbindung des Auslassventils muss bündig mit dem Tankboden geschehen, damit sich kein Sumpf bildet, weder im Tank noch in der Leitung. Die CIP-Rücklaufpumpe muss in der Lage sein, die Flüssigkeitsmenge, die in den Tank gepumpt wird, auch wieder heraus zu befördern. Während der Reinigung sollte der Tank stets entleert werden. Ein Sumpf am Boden führt zu einer Standreinigung, die sehr ineffizient ist. Beim Abpumpen der Flüssigkeit muss weiterhin darauf geachtet werden, dass es zu keiner Sogbildung im Auslauf kommt. Dieser Wirbel hat zur Folge, dass Luft durch die Rohrleitung gezogen wird und das Wasser im Tank zurückbleibt. Während der Reinigung muss der Tank ebenso belüftet werden, wie während der Produktion. Der Unterschied ist jedoch, dass der Luftdurchsatz größer sein kann und die erhöhte Luftfeuchtigkeit und Temperatur zum Problem für den Filter wird. Daher ist es in aller Regel notwendig, die Anbindung des Filters so zu gestalten, dass während der Reinigung ein Bypass geöffnet wird und der Filter vom System abgetrennt ist. Diese Schnittstellen dürfen in der .berprüfung der Reinigung nicht vergessen werden.

Die Planung und Auslegung einer optimalen Tankreinigung ist also keine triviale Angelegenheit. Je nach den Gegebenheiten ändern sich die Anforderungen und andere Reinigungsarmaturen werden notwendig. Je nach Zusammensetzung und Haftung des Schmutzes müssen die entsprechenden Armaturen ausgewählt werden, um diesen schnell und effektiv von der Oberfläche zu lösen. Standardisierte Lösungen berücksichtigen immer nur einen Teil der Anforderungen und sind grundsätzlich abzulehnen. Nur eine Berücksichtigung des Zusammenspiels von Schmutz, Hygienic Design, Reinigungsflüssigkeit, Desinfektionswirkung und Anlagenverfügbarkeit ermöglicht eine effiziente Tankreinigung.