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Anwendungsbericht AG/FB115-DE Rev. D
Zuverlässig Messen und Automatisieren in der milchverarbeitenden Industrie
Maßgeschneiderte Instrumentierung als Komplettlösung Measurement made easy
Einleitung
Milch ist für uns ein wichtiges Lebensmittel. Sie ist ein Naturprodukt und besteht hauptsächlich aus Wasser, Fett, Eiweiß, Milchzucker (Laktose) und Mineralstoffen. Weiter enthält sie Enzyme, Vitamine und Spurenelemente. Wie bei jedem Naturprodukt variiert die Zusammensetzung der Milch. Wir verwenden für unsere Ernährung aber nicht nur die Milch selbst, sondern stellen aus ihr verschiedene Produkte wie Butter, Sahne, Käse, Joghurt usw. her. Dazu wird die Milch in verschiedenen Anlagen in geschlossenen Prozesslinien behandelt.
In größeren Molkereien ist die Behandlung weitgehend automatisiert und erfordert damit auch eine Reihe von Messgeräten für Überwachung, Regelung und Steuerung der Prozesse. Die Messgeräte sollten alle dem hygienischen Design entsprechen und so ausgelegt sein, dass das wertvolle Nahrungsmittel bei der Produktion möglichst wenig beansprucht wird. Alle Prozesse und die zugehörige Messtechnik zu beschreiben, wäre an dieser Stelle wohl zu aufwändig. Deshalb beschränkt sich der Inhalt des Dokumentes im Schwerpunkt auf die Beschreibung der Milchlinie.
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Zuverlässig Messen und Automatisieren in der milchverarbeitenden Industrie
2 AG/FB115-DE Rev. D | Zuverlässig Messen und Automatisieren in der milchverarbeitenden Industrie
Abb. 1: Beispielhaftes Schema einer Molkerei mit verschiedenen Produktionslinien
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Pasteurlinie Die Pasteurlinie ist das Herzstück einer jeden Molkerei. Hier wird die Rohmilch zu Trinkmilch verarbeitet oder zum Ausgangsprodukt einer Weiterverarbeitung für andere Produkte aus Milch.
Bei der Pasteurisierung von Milch, die hierzu 15 bis 30 Sekunden auf 72 bis 75 °C erhitzt und danach sofort wieder abgekühlt wird, werden krankheitserzeugende (pathogene) Mikroorganismen in der Milch abgetötet. Die einzusetzende Messtechnik wird schwerpunktmäßig für diesen Bereich einer Molkerei beschrieben.
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Abb. 2: Schema Pasteurlinie 1 Milchannahme 2 Rohmilchkühlung 3 Qualitätssicherung 4 Lagerung 5 Wärmebehandlung 6 Separierung 7 Homogenisierung 8 Standardisierung 9 Abfüllung
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Milchannahme Rohmilch wird im Tankwagen angeliefert. Daraus werden Proben auf Keime oder andere Rückstände untersucht. Anschließend wird die Milch über geeignete Mengenerfassungssysteme entladen, eventuell auch in Puffertanks zwischengelagert. Die Mengenerfassungssysteme können LKW-Waagen, auf Druckmessdosen gelagerte Wiegetanks oder Durchfluss-Messsysteme, wie magnetisch-induktive Durchflussmesser oder Masse-Durchflussmesser, sein. Bei den Durchflussmessungen ist oft Eichfähigkeit gefordert. Bei reinen volumetrischen Durchflussmessern muss darauf geachtet werden, dass eventuelle Luftanteile abgeschieden werden. Hat sich die Milch im Tankwagen über 5 °C erwärmt, wird sie über Wärmetauscher heruntergekühlt und danach in Stapeltanks zwischengelagert. Damit die Milch dort nicht aufrahmt, ist im Stapeltank oft eine Zwangsumwälzung per Rührwerk installiert.
Für die Rührwerksteuerung sind am Tank mindestens Füllstand-Grenzwertschalter oder auch hydrostatische Füllstand-Messgeräte installiert.
Abb. 3: Verwendete Messtechnik Milchannahme 1 Durchflussmessung 2 Temperaturmessung 3 Druckmessung, Füllstandmessung 4 Füllstandüberwachung
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Zuverlässig Messen und Automatisieren in der milchverarbeitenden Industrie
4 AG/FB115-DE Rev. D | Zuverlässig Messen und Automatisieren in der milchverarbeitenden Industrie
Eingesetzte Produkte Magnetisch-induktiver Durchflussmesser HygienicMaster FEH Durchflussmessung
Nennweite DN: nach Anforderung
Auskleidung: PFA
Werkstoff Messelektroden: CrNi-Stahl 1.4571 (AISI 316Ti)
Werkstoff Messwertaufnehmer: nichtrostender Stahl
Durchflussmessung von leitfähigen Flüssigkeiten ab 5 μS,
auch für fetthaltige Medien
FDA-zugelassene Werkstoffe, EHEDG
Mediumtemperatur bis 130 °C (180 °C bei Flanschanschluss)
Messgenauigkeit bis 0,2 %
Erfassung der angelieferten Rohmilchmenge.
Der Durchflussmesser wird möglichst in
eichfähiger Version eingesetzt.
Coriolis Masse-Durchflussmesser CoriolisMaster FCH100 / FCH400 Durchflussmessung
Keine Leitfähigkeit des Messmediums notwendig
Hohe Messgenauigkeit bis 0,15 %
Werkstoffkonformität nach EHEDG und FDA
MID / OIML-Zulassung zur Abrechnung
Erfassung der angelieferten Rohmilchmenge.
Temperaturfühler TSHY und Temperatur-Messumformer TTH300 Temperaturmessung
Pt100 mit Einfach- oder Doppel-Messeinsatz
Komplett aus nichtrostendem Stahl
Mit Schutzrohr oder hygienischer Einschweißmuffe
Schnellansprechend, Halbwertszeit < 2,5 s
Langzeitstabil und vibrationsfest, da mineralisolierte Mantelleitung
Erfassung der Rohmilchtemperatur.
Temperaturüberwachung in den Stapeltanks.
Messumformer für Fühlerkopfmontage
Redundanter Anschluss von 2 Temperaturfühlern möglich
Temperaturlinearer Ausgang
Mit Fühlerbruch- und Drifterkennung
Messumformer 261GG/AG für Druck oder Absolutdruck / Füllstand Druckmessung
Gehäuse aus nichtrostendem Stahl
Einstellbarer Messbereich
Prozessanschluss über DRD-Flansch oder andere hygienische Verbindung
Hoher Betriebstemperaturbereich
Drücke bis 40 bar bei hygienischem Anschluss
Genauigkeit bis 0,1 %
Turn Down Verhältnis: 1:20
Kontinuierliche Füllstandüberwachung an den
Stapeltanks.
Füllstandgrenzschalter SMW Füllstandüberwachung
Sieben Grundeinstellungen für verschiedene Messmedien, weitere via
Konfiguration möglich
Einschweißmuffen-System mit modularen Prozessanschlüssen
Mediumberührte Teile aus PEEKTM teilvergossen
FDA; EHEDG-konform
Ausgangssignal aktiv, max. 50 mA
IP-Schutzart bis IP 69K
Überwachung
Schaltpunkt „leer“
Schaltpunkt „voll“
Schaltpunkt „Rührwerk bedeckt“
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Zuverlässig Messen und Automatisieren in der milchverarbeitenden Industrie | AG/FB115-DE Rev. D 5
Wärmebehandlung Milch muss wärmebehandelt werden, um krankheitserregende Keime abzutöten. Dieses Ziel wird zumeist über die Kurzzeiterhitzung erreicht. Der Kurzzeiterhitzer ist ein wesentliches Anlagenteil innerhalb der Prozesslinie und für die Qualitätssicherung besonders wichtig. Die Milch wird für 15 bis 30 s auf 75 °C erhitzt. Sie wird dazu aus den Rohmilchtanks in ein Vorlaufgefäß gefahren und danach in der Regel über einen Plattenapparat mit Wärmetauschern (Wärmerückgewinnung) erhitzt. Eine gewundene Rohrstrecke (Heißhalter), an deren Ende die Erhitzungstemperatur gemessen wird, stellt die Einhaltung der Erhitzungsdauer sicher. Anschließend wird die heiße Milch weiter über den Wärmetauscher gefahren und gibt dabei einen Großteil ihrer Energie ab. In der letzten Kühlstufe wird die Milch dann auf 5 bis 8 °C abgekühlt. Danach kann sie in Prozesstanks ausgeschoben werden, wo sie für die weitere Verarbeitung zwischengelagert wird. Eine spezielle Überwachungseinrichtung sorgt dafür, dass nur korrekt behandelte Milch in die Zwischentanks gelangt. Im Fehlerfall schaltet die Einrichtung auf Umlauf und die Milch wird wieder dem Vorlagegefäß zugeleitet oder die Anlage wird ausgeschoben. Druck-Messumformer überwachen das Druckgefälle über den Wärmetauschern, in denen Produkt gegen Produkt gefahren wird. Eine Druckerhöhungspumpe sorgt dafür, dass im Leckagefall nur erhitzte Milch in unbehandelte Milch übertreten kann und nicht umgekehrt.
Abb. 4: Anlagenbild Wärmebehandlung
Neben der Kurzzeiterhitzung sind noch folgende weitere Verfahren gebräuchlich: Dauererhitzung Ein Pasteurisierungsverfahren, bei dem die Milch in einem Behälter auf 62 bis 65 °C erhitzt und anschließend 30 bis 32 Minuten auf Erhitzungstemperatur gehalten wird. Dieses Verfahren wird nur noch in Ausnahmefällen angewandt und zwar speziell dann, wenn es sich um kleine zu verarbeitende Mengen handelt. Hocherhitzung Ein Pasteurisierungsverfahren, bei dem die Milch im kontinuierlichen Durchfluss auf 85 bis 127 °C erhitzt wird, und zwar mit einer Heißhaltezeit von mindestens 4 Sekunden bei 85 °C . Dieses Verfahren wird bevorzugt für die Herstellung von Werksmilch oder für die Wärmebehandlung von Rahm angewandt. Auch länger haltbare Mich durchläuft diesen Prozess. Ultrahocherhitzung Ein Verfahren, bei dem die Milch im kontinuierlichen Durchfluss auf 135 °C erhitzt und dann für ca. 1 Sekunde auf Temperatur gehalten wird. Anschließend wird sie schlagartig abgekühlt und zum Schluss unter aseptischen Bedingungen in sterile lichtgeschützte Packungen abgefüllt. Mit diesem in der Apparatur aufwändigsten Verfahren werden haltbare Milch (H-Milch) und haltbare Milchprodukte hergestellt.
Abb. 5: Verwendete Messtechnik Wärmebehandlung 1 2 3 Temperaturmessung 4 Druckmessung 5 6 Regelventil mit Stellungsregler 7 Füllstandmessung 8 Füllstandüberwachung 9 Durchflussmessung j Messwertaufzeichnung
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Zuverlässig Messen und Automatisieren in der milchverarbeitenden Industrie
6 AG/FB115-DE Rev. D | Zuverlässig Messen und Automatisieren in der milchverarbeitenden Industrie
Eingesetzte Produkte Temperaturfühler TSHY und Temperatur-Messumformer TTH300 Temperaturmessung
Pt100 mit Einfach- oder Doppel-Messeinsatz
Komplett aus nichtrostendem Stahl
Mit Schutzrohr oder hygienischer Einschweißmuffe
Schnellansprechend, Halbwertszeit < 2,5 s
Langzeitstabil und vibrationsfest, da mineralisolierte Mantelleitung
Erfassung der Temperatur vor Heißhaltung.
Erfassung der Temperatur nach Heißhaltung.
Erfassung der Austrittstemperatur.
Messumformer für Fühlerkopfmontage
Redundanter Anschluss von 2 Temperaturfühlern möglich
Temperaturlinearer Ausgang
Mit Fühlerbruch- und Drifterkennung
Messumformer 261GG/AG für Druck oder Absolutdruck / Füllstand Druckmessung
Gehäuse aus nichtrostendem Stahl
Einstellbarer Messbereich
Prozessanschluss über DRD-Flansch oder andere hygienische Verbindung
Hoher Betriebstemperaturbereich
Drücke bis 40 bar bei hygienischem Anschluss
Genauigkeit bis 0,1 %
Turn Down Verhältnis: 1:20
Erfassung des Druckgefälles über Rückkühler.
Regelventil 23/24 mit digitalem Stellungsregler TZIDC Regelventil
Durchgangsventil mit Gehäuse aus Stahlguss
Innenarmatur aus nichtrostendem Stahl
Mit wartungsfreier, selbstnachstellender Stopfbuchse
Prozessanschluss über Flansche nach DIN
Sitz ohne Spezialwerkzeug wechsel- bzw. drehbar
Stellungsregler mit robustem Düse-Prallplattensystem
Großer Temperaturbereich
Hohe Erschütterungsfestigkeit
Integriert angebaut ohne äußere Verrohrung
Einstellung des Heiz- (Dampf-) und
Kühlmediums.
Konduktive Stabsonde KS15 Füllstandmessung
Einschweißmuffen-System
Mit modularen Prozessanschlüssen
Aseptische Messstelle möglich
Elektroden frei kürzbar
Kontinuierliche Erfassung des Füllstandes im
Vorlaufbehälter.
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Zuverlässig Messen und Automatisieren in der milchverarbeitenden Industrie | AG/FB115-DE Rev. D 7
Füllstandgrenzschalter SMW Füllstandüberwachung
Sieben Grundeinstellungen für verschiedene Messmedien, weitere via
Konfiguration möglich
Einschweißmuffen-System mit modularen Prozessanschlüssen
Mediumberührte Teile aus PEEKTM, teilvergossen
FDA-Zulassung; EHEDG-konform
Ausgangssignal aktiv, max. 50 mA
IP-Schutzart bis IP 69K
Überwachung
Schaltpunkt „leer“
Schaltpunkt „voll“
Schaltpunkt „Rührwerk bedeckt“
Magnetisch-induktiver Durchflussmesser HygienicMaster FEH Durchflussmessung
Nennweite DN: nach Anforderung
Auskleidung: PFA
Werkstoff Messelektroden: CrNi-Stahl 1.4571 (AISI 316Ti)
Werkstoff Messwertaufnehmer: nichtrostender Stahl
Durchflussmessung von leitfähigen Flüssigkeiten ab 5 μS,
auch für fetthaltige Medien
FDA-zugelassene Werkstoffe, EHEDG
Mediumtemperatur bis 130 °C (180 °C bei Flanschanschluss)
Messgenauigkeit bis 0,2 %
Erfassung der angelieferten Rohmilchmenge.
Der Durchflussmesser wird möglichst in
eichfähiger Version eingesetzt.
Bildschirmschreiber SM500F / RVG200 Messwertaufzeichnung
Schalttafel- oder Vor-Ort-Einbau
Wahlweise mit Mathematik-, Logik- und Summierfunktion
Mit SD-Laufwerk
Eingänge 4 … 20 mA, Spannung, Widerstandsthermometer,
Thermoelemente
Potenzialfreie Kontakte
Überwachung und Dokumentation des
Erhitzungsprozesses.
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Zuverlässig Messen und Automatisieren in der milchverarbeitenden Industrie
8 AG/FB115-DE Rev. D | Zuverlässig Messen und Automatisieren in der milchverarbeitenden Industrie
Separierung Es gibt verschiedene Gründe für die Separierung von Milch. Zum einen soll sie gereinigt werden, zum anderen soll der Rahm von der Magermilch getrennt werden. Bei der Quark- oder Käseproduktion ist die Trennung des Trockenstoffs von der Molke erforderlich. Die Qualität oder Trennschärfe kann über den Zulaufstrom und den Gegendruck geregelt und gesteuert werden.
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Abb. 6: Verwendete Messtechnik Separierung 1 Durchflussmessung 2 3 Regelventil mit Stellungsregler
G11580 Abb. 7: Anlagenbild Separierung
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Eingesetzte Produkte Magnetisch-induktiver Durchflussmesser HygienicMaster FEH Durchflussmessung
Nennweite DN: nach Anforderung
Auskleidung: PFA
Werkstoff Messelektroden: CrNi-Stahl 1.4571 (AISI 316Ti)
Werkstoff Messwertaufnehmer: nichtrostender Stahl
Durchflussmessung von leitfähigen Flüssigkeiten ab 5 μS,
auch für fetthaltige Medien
FDA-zugelassene Werkstoffe, EHEDG
Mediumtemperatur bis 130 °C (180 °C bei Flanschanschluss)
Messgenauigkeit bis 0,2 %
Erfassung der angelieferten Rohmilchmenge.
Der Durchflussmesser wird möglichst in
eichfähiger Version eingesetzt.
Regelventil 23/26 mit digitalem Stellungsregler TZIDC Regelventil
Als Eck- oder Durchgangsventil
Komplett aus nichtrostendem Stahl
Prozessanschluss über Schweißstutzen oder Rundgewinde
Wahlweise mit Dampfschloss
Stellungsregler mit robustem Düse-Prallplattensystem
Großer Temperaturbereich
Hohe Erschütterungsfestigkeit
Integriert angebaut ohne äußere Verrohrung
Einstellung der Separator-Zulaufmenge
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Zuverlässig Messen und Automatisieren in der milchverarbeitenden Industrie | AG/FB115-DE Rev. D 9
Standardisierung Milch ist ein Naturprodukt, dessen Fettgehalt variiert. Rohmilch hat oft einen Fettgehalt von über 4,2 %. Der Gesetzgeber hat festgelegt, dass Konsummilch auf dem normalen Markt einen Fettgehalt von 3,5 % oder 1,5 % haben muss. Darum wird durch Separierung zunächst der Rahm von der Magermilch getrennt und danach mit ihr wieder so zusammengefahren, dass sich der gewünschte Fettgehalt einstellt. Wird die Milch direkt nach dem Separator eingestellt, kann man auf die Zwischenlagerung von Rahm und Magermilch verzichten. Fett ist ein wertvoller Teil der Milch, der auch für die Herstellung anderer Milchprodukte, wie Butter oder Käse, benötigt wird. Der Hersteller möchte darum nicht mehr als die vorgeschriebenen 3,5 % für die Trinkmilch einsetzten, weniger erlaubt ihm das Gesetz ohnehin nicht. Der so genannte Blendvorgang muss daher sehr genau sein. Molkereien nutzen für das Blenden eine genaue Blendline-Regelung mit Fehlerkorrektur und sehr genaue Durchflussmesser. Schwankungen bei der Rahmkonzentration werden gleichzeitig über eine Dichtemessung erfasst und korrigiert.
Abb. 8: Schema Standardisierung
Abb. 9: Regelschema und verwendete Messtechnik
Standardisierung 1 Durchflussmessung Separator Zulauf 2 Durchflussmessung Zugaberahm 3 Gesamtdurchflussmessung 4 Regelventil 5 Druckhalteventil
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Zuverlässig Messen und Automatisieren in der milchverarbeitenden Industrie
10 AG/FB115-DE Rev. D | Zuverlässig Messen und Automatisieren in der milchverarbeitenden Industrie
Eingesetzte Produkte Magnetisch-induktiver Durchflussmesser HygienicMaster FEH Durchflussmessung
Nennweite DN: nach Anforderung
Auskleidung: PFA
Werkstoff Messelektroden: CrNi-Stahl 1.4571 (AISI 316Ti)
Werkstoff Messwertaufnehmer: nichtrostender Stahl
Durchflussmessung von leitfähigen Flüssigkeiten ab 5 μS,
auch für fetthaltige Medien
FDA-zugelassene Werkstoffe, EHEDG
Mediumtemperatur bis 130 °C (180 °C bei Flanschanschluss)
Messgenauigkeit bis 0,2 %
Durchflussmessung am Zulauf des Separators.
Magnetisch-induktiver Durchflussmesser HygienicMaster FEH mit Spitzkopfelektrode Durchflussmessung
Nennweite DN: nach Anforderung
Auskleidung: PFA
Werkstoff Messelektroden: CrNi-Stahl 1.4571 (AISI 316Ti)
Werkstoff Messwertaufnehmer: nichtrostender Stahl
Durchflussmessung von leitfähigen Flüssigkeiten ab 5 μS,
auch für fetthaltige Medien
FDA-zugelassene Werkstoffe, EHEDG
Mediumtemperatur bis 130 °C (180 °C bei Flanschanschluss)
Messgenauigkeit bis 0,2 %
Durchflussmessung Zugaberahm.
Coriolis Masse-Durchflussmesser CoriolisMaster FCH100 / FCH400 Durchflussmessung
Gleichzeitige Messung von Massestrom und Dichte / Konzentration
Keine Mediumleitfähigkeit erforderlich
Hohe Dichtegenauigkeit bis 1 g/l
Hohe Durchflussgenauigkeit
Messstoffberührte Teile und Gehäuse aus nichtrostendem Stahl
EHEDG, kurze Einbaulänge
Geringer Druckverlust
Selbstentleerend
Messung des Rahm-Gesamtdurchflusses.
Messung Rahmkonzentration.
Regelventil 23/26 mit digitalem Stellungsregler TZIDC Regelventil
Als Eck- oder Durchgangsventil
Komplett aus nichtrostendem Stahl
Prozessanschluss über Schweißstutzen oder Rundgewinde
Wahlweise mit Dampfschloss
Stellungsregler mit robustem Düse-Prallplattensystem
Großer Temperaturbereich
Hohe Erschütterungsfestigkeit
Integriert angebaut ohne äußere Verrohrung
Einstellung Zugaberahm.
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Zuverlässig Messen und Automatisieren in der milchverarbeitenden Industrie | AG/FB115-DE Rev. D 11
Homogenisierung Natürliche, nicht homogenisierte Milch neigt zum Aufrahmen. Das Fett in der Milch ist in Kugeln verteilt, die leichter sind als der Wasseranteil und deshalb nach einiger Zeit nach oben steigen und auf der Restflüssigkeit schwimmen. Bei der Homogenisierung wird die Milch mit Hilfe einer Hochdruckpumpe bei 100 … 400 bar durch Siebe mit sehr feinen Löchern gedrückt. Dabei werden zum einen die größeren Fettkugeln durch Scherkräfte zerrissen, zum anderen wird durch die Beschleunigung der Milch in den kleinen Durchtritten der Druck im Medium so herabgesetzt, dass Kavitation entsteht, die diese Kugeln weiter zerreißt. Dadurch bilden sich sehr viele kleinere Fettkügelchen, die homogen in der Milch verteilt sind und wesentlich langsamer aufrahmen. In diesem Verfahrensschritt wird wenig Messtechnik eingesetzt. Sollten Druck-Messumformer zum Einsatz kommen, müssen diese eine hohe Druckstufe haben und trotzdem dem hygienischen Design entsprechen.
Abb. 10: Schema Homogenisierung
Abfüllung Nach der Homogenisierung verbleibt als letzter Prozessschritt in der Milchlinie die Abfüllung der Trinkmilch in verbraucherspezifische Verpackungen. Hierfür werden Wägesysteme oder auch häufig Batch-geeignete schnelle und reproduzierbare magnetisch induktive Durchflussmesser eingesetzt. Sie müssen in der Lage sein, die Nachlaufmengen zu erfassen und selbstständig zu korrigieren. Bedingung für eine genaue reproduzierbare Abfüllung sind sehr konstante Bedingungen vor dem Füllventil. Daher werden Füllstand und Druck im Vorlagebehälter erfasst und konstant ausgeregelt. Bei Abfüllungen von Gebinden, bei denen die Abfüllzeit größer als 3,5 Sekunden ist, lässt sich als Messgerät der magnetisch-induktive Durchflussmesser FEH500 einsetzen. Das Gerät ist mit einem internen Vorwahlzähler mit Vor- und Hauptkontakt ausgerüstet, sodass er ein Ventil zunächst von vollem Durchlauf auf reduzierten Durchlauf umschalten kann und danach ganz schließen kann. Außerdem ist er mit einer Nachlaufkorrektur ausgerüstet, die selbstständig die Nachlaufmenge nach dem Schließbefehl erfasst und rückwirkend den Zeitpunkt für den Schließbefehl korrigiert.
Abb. 11: Schema Abfüllung
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Zuverlässig Messen und Automatisieren in der milchverarbeitenden Industrie
12 AG/FB115-DE Rev. D | Zuverlässig Messen und Automatisieren in der milchverarbeitenden Industrie
Eingesetzte Produkte Messumformer 261GG/AG für Druck oder Absolutdruck / Füllstand Druckmessung
Gehäuse aus nichtrostendem Stahl
Einstellbarer Messbereich
Prozessanschluss über DRD-Flansch oder andere hygienische Verbindung
Hoher Betriebstemperaturbereich
Drücke bis 40 bar bei hygienischem Anschluss
Genauigkeit bis 0,1 %
Turn Down Verhältnis: 1:20
Messung des Füllstandes am Vorlagebehälter.
Dafür kann auch eine konduktive Stabsonde
eingesetzt werden.
Erfassung des Überlagerungsdruckes am
Vorlagebehälter.
Füllstandgrenzschalter SMW Füllstandüberwachung
Sieben Grundeinstellungen für verschiedene Messmedien, weitere via
Konfiguration möglich
Einschweißmuffen-System mit modularen Prozessanschlüssen
Mediumberührte Teile aus PEEKTM, teilvergossen
FDA-Zulassung; EHEDG-konform
Ausgangssignal aktiv, max. 50 mA
IP-Schutzart bis IP 69K
Grenzwertüberwachung am Vorlagebehälter.
Regelventil 23/26 mit digitalem Stellungsregler TZIDC Regelventil
Als Eck- oder Durchgangsventil
Komplett aus nichtrostendem Stahl
Prozessanschluss über Schweißstutzen oder Rundgewinde
Wahlweise mit Dampfschloss
Stellungsregler mit robustem Düse-Prallplattensystem
Großer Temperaturbereich
Hohe Erschütterungsfestigkeit
Integriert angebaut ohne äußere Verrohrung
Einstellung der Milch-Zulaufmenge
Magnetisch-induktiver Durchflussmesser HygienicMaster FEH500 Durchflussmessung
Geeignet für Batch-Betrieb mit internem Vorwahlzähler
Nennweite DN: nach Anforderung
Auskleidung: PFA
Werkstoff Messelektroden: CrNi-Stahl 1.4571 (AISI 316Ti)
Werkstoff Messwertaufnehmer: nichtrostender Stahl
Durchflussmessung von leitfähigen Flüssigkeiten ab 5 μS,
auch für fetthaltige Medien
FDA-zugelassene Werkstoffe, EHEDG
Mediumtemperatur bis 130 °C (180 °C bei Flanschanschluss)
Messgenauigkeit bis 0,2 %
Erfassung der Abfüllmenge und Steuerung des
Abfüllventils.
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Zuverlässig Messen und Automatisieren in der milchverarbeitenden Industrie | AG/FB115-DE Rev. D 13
CIP (Clean-in-place)-Reinigung In der milchverarbeitenden Industrie ist Hygiene unabdingbar. Daher müssen Tankwagen, Zwischenspeichertanks, Stapeltanks, Rohrleitungen usw. täglich gereinigt und teilweise sogar sterilisiert werden. Die Reinigungsmedien werden in der CIP-Anlage bereitgestellt. Nach der Produktion wird ein zumeist automatisierter Vorgang für eine 5-stufige CIP-Reinigung gestartet: 1. Vorspülen mit warmem Wasser 2. Reinigen mit heißer Lauge 3. Zwischenspülen mit (lauwarmem) Wasser 4. Reinigen mit heißer Säure 5. Nachspülen mit Kaltwasser
Abb. 12: Schema CIP-Reinigung
Temperaturfühler werden zum Einstellen der Reinigungstemperaturen genutzt. Über Durchflussmesser kann überwacht werden, ob alle Wege offen sind und die Anlage auch vom Reinigungsmedium durchflossen wird. Mit Hilfe von Leitfähigkeitsmessungen wird erkannt, ob die Reinigungslösung Schmutz aufgenommen hat und zurückgeführte Reinigungsmittel aufkonzentriert werden müssen. Außerdem lassen sich die einzelnen Reinigungsmittelphasen durch Erfassung des Leitwerts trennen. Über Trübungssensoren werden beim Vorspülen Produktreste erkannt und ggf. in einem Spülmilchtank aufgefangen. Dadurch wird die Abwasserbehandlung entlastet und die Produktreste können einer Weiterverarbeitung zugeführt werden (Futtermittel für die Landwirtschaft).
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Abb. 13: Anlagenbilder CIP-Reinigung
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Zuverlässig Messen und Automatisieren in der milchverarbeitenden Industrie
14 AG/FB115-DE Rev. D | Zuverlässig Messen und Automatisieren in der milchverarbeitenden Industrie
Besondere Aspekte bei Einsatz und Auswahl von Messgeräten
Magnetisch-induktiver Durchflussmesser
Bei ausreichender elektrischer Leitfähigkeit ist der magnetisch-induktive Durchflussmesser das meist
eingesetzte Messgerät für Durchflussmessungen. Eventuelle Luftanteile im Medium werden als
Volumenanteil mitgemessen. Bei hohen Fettanteilen im Medium, die zur Isolation der Elektroden führen
können, sollten Spitzkopfelektroden eingesetzt werden. Bei niedrigen Leitfähigkeiten, wie sie z. B. bei
Medien mit hohem Brix-Gehalt vorkommen, kann man auf Geräte mit Wechselfelderregung mit
Vorverstärker ausweichen. Bei Zweiphasen-Messmedien empfiehlt sich häufig ebenfalls der Einsatz
eines Wechselfeldgerätes, ähnliches gilt bei pulsierender Förderung des Mediums.
Coriolis Masse-Durchflussmesser
Der Coriolis Masse-Durchflussmesser ist sowohl für leitende als auch für nichtleitende Medien geeignet.
Der Druckabfall, speziell bei höheren Viskositäten, ist höher als beim magnetisch-induktiven
Durchflussmesser, ansonsten sind höhere Viskositäten nicht weiter störend. Da direkt der Massestrom
erfasst wird, haben begrenzte Lufteinschlüsse keinen Einfluss auf die Genauigkeit der Messung. Große
Lufteinschlüsse können allerdings dazu führen, dass sich das Gerät nicht mehr eignet. Da gleichzeitig
auch die Dichte erfasst wird, können auch Fettkonzentrationen bestimmt werden. Hier ist allerdings ein
Gerät mit hochgenauer Dichte-Kalibrierung notwendig. Bei pulsierender Förderung sollte die
Pulsationsfrequenz des Mediums möglichst weit von der Erregerfrequenz des Gerätes entfernt liegen.
Wirbel- und Drall-Durchflussmesser
Wirbel- und Drall-Durchflussmesser lassen sich für leitfähige und nichtleitfähige Flüssigkeiten mit
wasserähnlicher Viskosität einsetzen, aber auch für Gase und Dämpfe. Während der Wirbel-
Durchflussmesser ähnliche Ein-Auslaufstrecken wie ein Wirkdruckelement benötigt, kommt der Drall-
Durchflussmesser nahezu ohne Beruhigungsstrecken aus. Bis DN 200 ist der Einsatz dieser
Durchflussmesser oft weniger aufwändig als eine Wirkdruck-Durchflussmessung. Zusätzlich erhält man
hier eine wesentlich größere Messbereichsdynamik. Für hygienische Anwendungen sind diese Geräte
allerdings weniger geeignet.
Temperaturfühler
In der Milchverarbeitung werden außerhalb der Dampferzeugung meist Pt100-Temperaturfühler in
hygienischer Ausführung mit einfachen, fest eingestellten Kopf-Messumformern eingesetzt. Für
besonders wichtige Messstellen lassen sich aber auch Temperaturfühler mit Doppelt-Pt100 Sensoren
ausstatten. Dann kommen Messumformer mit zwei Eingängen zur Anwendung, die zum einen die
Redundanz überwachen und zum anderen bei Fühlerbruch eines Sensors auf den verbliebenen Sensor
umschalten. Zusätzlich wird auf eine mögliche Drift zwischen den beiden Sensoren hin überwacht. Es
erfolgt eine Alarmierung und somit werden Fehlmessungen vermieden.
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Zuverlässig Messen und Automatisieren in der milchverarbeitenden Industrie | AG/FB115-DE Rev. D 15
Weitere Prozessschritte Wie das Schema am Anfang der Applikationsbeschreibung zeigt, werden aus der Milch viele weitere Produkte gewonnen. Beispielhaft seien Sahne, Butter, Joghurt, Quark, Desserts, Käse, Molkeprodukte oder Milchpulver erwähnt. Die dazugehörigen Bearbeitungsprozesse können in diesem Dokument nicht alle ausführlich beschrieben werden. Sie setzen sich aber aus ähnlichen Grund-Prozessschritten wie Thermisieren, Separieren, Filtern, Dosieren, Mischen und Lagern zusammen. Es kommen gleiche oder sehr ähnliche Messgeräte wie in der Milchlinie zum Einsatz. Dienstleistungen Neben der Lieferung von Messgeräten wird von Anlagenbetreiber häufig gewünscht, dass die Messungen auch installiert und betriebsbereit übergeben und gehalten werden. Wartungsaufgaben zur Instandhaltung und zyklischen Messstellenüberprüfung bietet der ABB-Service an. Bei der Erstellung von Großanlagen übernimmt diese Dienstleistungen in der Regel der Lieferant der Gesamtanlage, bei kleineren Umbauten arbeitet ABB mit kompetenten regionalen Partnern zusammen, die auch die kleinen und mittleren Projekte übernehmen und dem Endanwender eine komplette Lösung realisieren.
Diese Partner haben nicht nur solide Kenntnisse von den Anwendungen und der Handhabung der ABB-Geräte und einen kurzen Weg zum ABB-Vertrieb, sondern sie sind auch im Bereich Verfahrenstechnik der Nahrungsmittelindustrie und Energiemanagement mit hohem Expertenwissen ausgestattet. Gemeinsam können Projekte abgewickelt werden, angefangen von Insellösungen, z. B. einer Wärmebehandlungsanlage oder einer Mischanlage, bis hin zu kompletten Produktionslinien. Die Angebote an den Endkunden umfassen Dienstleistungen wie Consulting, Projektmanagement, Lieferung von Verfahrens-Know-how, maschinenbauliche, elektrische und automatisierungstechnische Planung, Errichtung und Inbetriebnahme der gesamten Anwendung als auch Lieferung von schlüsselfertigen Teil- oder Komplettanlagen, die mit dem ABB-Equipment ausgestattet sind.
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Abb. 14
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Kontakt
AG
/FB
115-
DE
Rev
. D 0
5.20
16
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