Projekt 17136/01

Entwicklung und Herstellung einer umweltfreundlichen und Energie sparenden CIP-Reinigungsanlage für die produzierende Lebensmittelindustrie

Projektdurchführung

Jürgen Löhrke GmbHWasseraufbereitung Elektro- und Dosieranlagen
Siemser Landstr. 127
23568 Lübeck

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Der Betrieb konventioneller CIP (Cleaning in Place)-Systeme zur Reinigung von Produktionsanlagen der Lebensmittel-Industrie ist mit einem erheblichen Verbrauch an Frischwasser, Dampf (Energie) und chemischen Reinigungskomponenten verbunden. Bei den nach dem Stand der Technik gefertigten CIP-Anlagen sind mögliche Einsparpotenziale noch lange nicht ausgeschöpft, da bei der Anlagenplanung Umweltaspekte noch weitestgehend unberücksichtigt bleiben. Auch sind bei den Herstellern häufig hohe Produktionsverluste durch eine mangelhafte Reinigung zu beklagen. Ziel dieses Projektes war die Entwicklung einer aus ökologischer und ökonomischer Sicht optimierten CIP-Technologie und deren Validierung in einer industriellen Pilotanlage. Mit dem für diese Branche neuartigen Ansatz aus umweltgerechter Prozessoptimierung in Verbindung mit dem Einsatz neuartiger Reinigungschemie sollten höhere Reinigungs-Wirkungsgrade erzielt und die Betriebsmittelverbräuche drastisch gesenkt werden. Die erheblichen Kosteneinsparungen sollten attraktive Anreize für investitionsbereite Anwender aus der Lebensmittel-Industrie schaffen.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenWesentliche Meilensteine des Vorhabens waren:
- Konzeption und Entwicklung des CIP-Kreislaufbehälters mit statischer Ausgleichsfunktion.
- Reduktion des CIP-Kreislaufvolumens mit Verzicht auf großvolumige Chemikalientanks, Führen der Reinigungslösungen über eine zweite Saugleitung vorbei am CIP-Kreislaufbehälter.
- Einbindung einer Chlordioxid-Anlage samt Betriebsdatenerfassungs- und Steuergeräten.
- Einbindung einer modifizierte Dosieranlage für neukonfektionierte Reinigungschemikalien.
- Reduktion der Betriebsmittelverbräuche: Frisch- und Abwasser, Chemie und Energie (Dampf).
- Integration einer CIP-Pilotanlage bei einem Anwender aus der Lebensmittelindustrie. Verfahrensvalidierung unter Produktionsbedingungen und Begleitung durch ein zertifiziertes Prüflabor.


Ergebnisse und Diskussion

In Phase 1 führte die verfahrenstechnische Planung der Funktionsabläufe unter besonderer Berücksich-tigung von Sicherheitsaspekten bei den An- und Abfahrprozessen zur Bereitstellung einer Programmschritt-Bibliothek für unterschiedliche Einsatzzwecke (Tankreinigung, Füllerreinigung). Eine reduzierte Versuchsanlage aus kleinvolumigen CIP-Kreislaufbehälter mit Rücklaufverteiler, Tankleitblechen zur Mi-nimierung von Turbulenzen am Tankausgang, und der zweiten Saugleitung diente der Anpassungsent-wicklung der Mess- und Regeltechnik, der Dosierstationen und der neuentwickelten Chlordioxidanlage. Parallel wurden in Zusammenarbeit mit verschiedenen Firmen nach optimierten Lösungen für die anwenderspezifische Reinigungschemie gesucht.
Nach Zwischenbegutachtung und Freigabe der Projektphase 2 wurde mit dem Bau der Pilotanlage begonnen. Die Einbindung eines industriellen Anwenders erwies sich hierbei als besondere Herausforde-rung, da sich drei zunächst interessierte Anwender vom Projekt zurückzogen und so die geplante Prozessvalidierung nicht gewährleistet schien. Schließlich konnte die CIP-Pilotanlage bei einem Fruchtsaft-Hersteller installiert, anwendungsspezifische Maßnahmen zur Optimierung des Energie-, Frischwasser und Chemikalieneinsatz für die Produktion erarbeitet, und unter industriellen Rahmenbedingungen in der Produktion getestet werden. Die im Rahmen der Verfahrensvalidierung gewonnenen Ergebnisse belegen eine drastische Einsparung des Frischwasserverbrauches von bis zu 44 %, eine Verminderung des Energieverbrauches zwischen 54 bis 68 % und eine Senkung des Chemikalienverbrauches bis zu 94 %, im Wesentlichen erreicht durch die Kreislaufführung mit der Mehrfachverwendung von Wasser, und dem optimierten Einsatz chemischer Reinigungskomponenten. Damit einher geht eine qualitative und quantitative Verminderung der Abwasserbelastung. Das neuartige CIP-Verfahren wurde durch ein zertifiziertes Prüflabor hinsichtlich Reinigungswirkung und Produktsicherheit als äußerst sicher bewertet.
Die positive ökologische Bilanz hat direkte Auswirkung auf die ökonomische Bewertung. Die reduzierte Betriebskosten führen zur schnellen Amortisation der neuartigen CIP-Anlage, deren Investitionskosten durch Einsparung des für diese Anwendung als notwendig erachteten Laugentanks noch reduziert werden können.
Das Projekt konnte erfolgreich abgeschlossen werden. Für die Auslegung industrieller Anlagen sind CIP-Reinigung und Abwasserbehandlung/Wasseraufbereitung in der Praxis nicht zu trennen. Das von der Industrie nachgefragte Modul zur Wiederverwendung von CIP-Abwässern soll in einem zukünftigen Projekt entwickelt werden.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Projektergebnisse wurden zur Drinctec 2001 und Drinctec 2005 sowie auf der Fachverbandstagung der Chemischen Industrie im Februar 2002 und der VLB Herbsttagung im Oktober 2005 einem breiten Fachpublikum aus der Lebensmittelindustrie vorgestellt. Veröffentlichungen in einschlägigen Fachjournalen sind in Vorbereitung. Darüber hinaus werden die Ergebnisse in der Firmenpräsentation unter www.loehrke.com publiziert.


Fazit

Die im Antrag formulierten Einsparpotenziale beim Einsatz der neuartigen CIP-Anlagen Einsparpotenziale für Material, Energie, Wasser und Reinigungschemie konnten in der angestrebten Größenordnung bei einem Fruchtsafthersteller in einer Pilotanlage umgesetzt werden. Das modular konzipierte CIP-System erfüllt durch seine integrierte Mehrfachverwendung von Wasser und chemischen Reinigungskomponenten, seine Kreislaufführung und seinen minimalen Energieeinsatz die Kriterien für eine umweltfreundliche Verfahrensentwicklung. Um alle Einsparpotentiale im Wirkungsbereich der CIP-Technologie nutzen zu können, sollte die CIP-Reinigungsanlage immer als Teil der Produktionsanlage konzipiert werden. Die Sensibilisierung der Öffentlichkeit für Produkthygiene und Umweltfragen macht diese Technologie auch in Anwendungsgebieten außerhalb der Lebensmittelherstellung zu einer interessanten Alternative (z. B. für die Pharmaindustrie).