Milchkühlung

BUCO Eiswasserkühlung in der Milchwirtschaft

Eiswasser von 0.5°C hat eine sehr hohe Kühlleistung, was bedeutet, dass Wärme im Vergleich zu anderen Kühlmitteln mit relativ geringen Durchflussraten transportiert werden kann. In unseren Eiswasseranlagen werden sehr hohe Wärmeübergangskoeffizienten (bis zu 2000 W/m² K) erreicht, dabei können Eiswassertemperaturen nahe Null Grad (0,5ºC) erreicht werden, ohne dass die physische Unversehrtheit der Geräte gefährdet wird und ohne dass ausgeklügelte Regelungs- und Kontrollmethoden erforderlich sind, um das Einfrieren des Wassers zu verhindern, wie es bei anderen Systemen erforderlich ist.

Die Eiswasserkühlung in der Milchwirtschaft ist die hygienischste, wirksamste und sicherste Methode, um die Temperatur der Produkte unter den von der Lebensmittelindustrie geforderten hygienischen Bedingungen abzusenken. Eiswasser hat eine sehr hohe Kühlleistung, was bedeutet, dass Wärme im Vergleich zu anderen Kühlmitteln mit relativ geringen Durchflussraten transportiert werden kann. Die thermodynamischen Parameter und die technischen Eigenschaften des Wasserkreislaufs sind günstig, so dass sehr hohe Wärmeübergangskoeffizienten erreicht werden. Die Erzeugung von Kaltwasser und die Kühlung mit diesem Wasser haben in jedem Fall die physikalische Grenze des Gefrierpunkts des Wassers. Einerseits will man mit Wasser bei Temperaturen arbeiten, die so nahe wie technisch möglich an seinem Gefrierpunkt liegen, um die Temperatur des zu kühlenden Produkts so weit wie möglich zu senken, andererseits nehmen die Probleme mit der Eisbildung zu, je mehr sie sich dem Nullpunkt nähern. Die bekannte Anomalie, dass Wasser bei +4ºC das geringste spezifische Volumen hat, führt dazu, dass sich sein Volumen beim Gefrieren vergrößert, was wiederum zerstörerische Auswirkungen auf die Komponenten der Anlage haben kann (Bruch von Leitungen, Wärmetauschern, Pumpen usw.). Darüber hinaus geht die Eisbildung mit einem erhöhten Energieverbrauch einher, da das Eis als Isolierschicht wirkt und die Wärmeübergangskoeffizienten verringert. Für die Erzeugung von Eiswasser mit einem BUCO Rieselfilmkühler erlaubt es, Temperaturen möglichst nahe an null Grad Celsius zu erreichen, die aber unempfindlich gegenüber Eisbildung ist.

Rieselfilmkühler für die Direktkühlung

Der BUCO Rieselfilmkühler erfüllt die im vorherigen Punkt genannten Anforderungen. Es werden sehr hohe Wärmeübergangskoeffizienten (bis zu 2000 W/m2 K) erreicht. Es ist unempfindlich gegenüber einer möglichen Eisbildung. Da das Wasser die Außenseite der Wärmetauscherplatten umströmt, verursacht eine versehentliche Vereisung keine Schäden. Es können Temperaturen nahe Null Grad (0,5ºC) erreicht werden, ohne dass die physische Unversehrtheit der Geräte gefährdet wird und ohne dass ausgeklügelte Regelungs- und Kontrollmethoden erforderlich sind, um das Einfrieren des Wassers zu verhindern, wie es bei anderen Systemen erforderlich ist. Es ist sehr leicht zu reinigen. Alle zu reinigenden Flächen sind auch während des Betriebs leicht zugänglich. So können zum Beispiel Hochdruckgeräte eingesetzt werden. Es ist sehr empfindlich gegenüber Verschmutzungen. Es eignet sich daher sehr gut zur Kühlung von Prozesswasser in Kreisläufen. Zum Beispiel bei der Kühlung von Wurst, Nudeln, Gemüse usw. Dieser Fallfilmkühler hat den Vorteil, dass die Kosten für die Regelung und Steuerung entfällt. Um ein gewisses Maß an Sicherheit zu erreichen, arbeiten herkömmliche Plattenkühler in der Praxis nur mit erheblichem Anteil von Steuerungs- und Regelungstechnik bei Temperaturen unter +2°C, während mit dem BUCO Rieselfilmkühler problemlos +0,5°C erreicht werden können. Ein immerwährendes Problem von Plattenwärmetauschern ist, wenn Wasserverschmutzung auftritt. Diese Problemstellung birgt international gesehen im Fall von Prozesswasserverschmutzung eine kniffilige Aufgabenstellung im Prozessablauf.

In der Praxis ist es sehr vorteilhaft und ratsam, ein Diagramm des Kaltwasserbedarfs zu erstellen und auf der Grundlage dieses Diagramms die Stromerzeugungsanlage zu planen, wobei die folgenden Punkte zu berücksichtigen sind: Die Mindestverbräuche (Grundverbrauch) steigen. Je höher der prozentuale Anteil dieses Grundverbrauchs am Gesamtverbrauch ist, desto weniger Sinn macht es, Eis anzusammeln. Die Anhäufung reduziert die installierte Leistung des Kühlgeräts. Die für die Eisspeicherung erforderlichen Komponenten erhöhen den Wert der Investition erheblich (Tanks, Pumpen, Verdampfer usw.). Die Erzeugung und Akkumulation von Eis erfordert niedrigere Verdampfungstemperaturen als die direkte Produktion von Eiswasser, was sich stark auf den Stromverbrauch auswirkt. Die BUCO-Eissilos bieten eine hervorragende Möglichkeit, den modernen Marktanforderungen in allen Aspekten der Eiswasserproduktion gerecht zu werden. Bei diesen Anlagen befindet sich der Plattenverdampfer oben und der Eiswassertank darunter. In typischen Plattenverdampfern muss die Verdampfungstemperatur aus Sicherheitsgründen über 0°C gehalten werden; im BUCO Rieselfilmkühler kann die Verdampfungstemperatur bei -3/-4°C gehalten werden. Die Übertragungsfläche kann daher wesentlich kleiner sein.

Eiswasserherstellung durch Eisspeicherung 

Eine sehr weit verbreitete Methode der Eiswasserherstellung ist die Eisspeicherung; besonders interessant, wenn der Verbrauch von Eiswasser starken Schwankungen unterworfen ist. Verbrauchsspitzen können von den Kühlgeräten durch die Anhäufung von Eis in Zeiten geringen Verbrauchs ausgeglichen werden. Das traditionell angewandte System der Eislagerung während der Nachtstunden ist heutzutage aus folgenden Gründen nur noch begrenzt anwendbar: Zunehmende Sensibilität der Energiekosten. Immer komplexere Technologien in den Produktionsprozessen. Der Trend zu einer effizienteren Nutzung von Investitionsgütern. Zunehmende Umwelt- und Sicherheitsanforderungen. Moderne milchverarbeitende Betriebe benötigen heute eine hochflexible Kaltwassererzeugung, Temperaturen im Allgemeinen unter +1°C, niedrige Produktionskosten und einen minimalen Gehalt an Kühlmittel (Ammoniak). Die Praxis der Herstellung und Lagerung von Eis zur Gewinnung von Eiswasser durch Ausnutzung der reduzierten Nachttarife ist nicht mehr gültig. Es gilt nun, sich auf komplizierte Produktionsprozesse einzustellen, Verbrauchsspitzen zu vermeiden, Schwachlastzeiten zu nutzen und vor allem die Investitions- und Betriebskosten zu optimieren. Das bedeutet im Klartext, dass neben der BUCO Rieslefimkühler Nachtspeicherung auch die Tagesspeicherung und die direkte Kühlung in der Nacht und am Tag berücksichtigt werden müssen, d.h. die Anlage muss durch die beste Lösung zwischen direkter und gespeicherter Erzeugung und Verbrauch am Tag und in der Nacht optimiert werden. Um die günstigste Lösung zu finden, muss der Kaltwasserverbrauch je nach Tageszeit und Wochentag detailliert analysiert werden. Auf der Grundlage unserer praktischen Erfahrungen können wir die folgenden Feststellungen treffen: In der Regel gibt es große Unterschiede zwischen den Stunden desselben Tages. Die Unterschiede zwischen dem Verbrauch am Tag und in der Nacht nehmen in modernen Molkereien ab. Es gibt einen bestimmten Mindestverbrauch während der 24 Stunden des Tages. Zwischen den einzelnen Wochentagen kann es erhebliche Unterschiede geben. Es ist ratsam, die Kaltwassererzeugung mit ausreichenden Reserven zu planen und zu bauen, da der Verbrauch im Allgemeinen schnell ansteigt, sobald die Anlage in Betrieb genommen wird. In unseren BUCO Eissilos kann alternativ Eiswasser produziert oder Scherbeneis erzeugt werden. Zur Eiserzeugung wird Wasser vom Boden des Silos zum Wasserverteiler über dem Verdampfer gepumpt; das Wasser läuft an der Außenseite der vertikalen Platten des Verdampfers in einem Film herunter und bildet Eis. Sobald die vorgegebene Dicke (6-8 mm) erreicht ist, wird das Heißgas-Abtausystem gestartet (der Kühlkreislauf ist zu diesem Zweck in drei Zonen unterteilt). Das Eis wird freigesetzt, fällt auf den Boden des Silos und schwimmt im Wasser.

Dieser Vorgang wird so lange beibehalten, bis die programmierte Wasser-Eis-Mischung und die Füllhöhe erreicht sind. Das Eissilo wäre dann voll und bereit, den Eisschmelzprozess zur Herstellung von Eiswasser zu starten. Während der Schmelzperiode ist das Silo mit dem Produktionsprozess der Industrie verbunden. Der Zulauf zum Verbrauch erfolgt oberhalb des Eisniveaus, während der Rücklauf durch Anschluss an einen Verteiler zum Boden des Silos geführt wird. Auf diese Weise wird eine Zwangszirkulation von unten nach oben durch den gesamten Bereich des suspendierten Eises erreicht. Das Rücklaufwasser wird beim Kontakt mit den Eisbrocken auf ca. 0°C abgekühlt. Zur besseren Verteilung des Rücklaufwassers wird Druckluft in das Silo eingeblasen. Dieses Eis in der Schwebe hat eine viel größere Schmelzoberfläche als die von Speicherbehältern mit Schlangen, was bedeutet, dass die maximale Schmelzkapazität, d. h. die momentane Eiswassererzeugungskapazität, sehr hoch ist. Dies ist von großer Bedeutung, da es zu einer hohen Flexibilität des Systems führt, um plötzliche Schwankungen der Rücklauftemperatur der Verbraucher aufzufangen. Die wichtigsten Vorteile dieser Silos lassen sich wie folgt zusammenfassen: Durch die große Eisfläche in der Schmelzperiode wird eine hohe Flexibilität im Betrieb erreicht. Der erforderliche Nh3-Gehalt ist sehr gering. Sie beträgt nur etwa 1/8 der für das herkömmliche Rohrschlangen Eisspeicher erforderlichen Menge. Da diese Silos die Möglichkeit bieten, Eis zu erzeugen und zu speichern, mit hoher Geschwindigkeit abzutauen und direkt zu kühlen, kann ein Steuerungssystem so programmiert werden, dass die Versorgung der Verbraucherleitungen genau nach Bedarf erfolgt. Durch die Nutzung der Direktkühlung kann die Kapazität der Anlage mit geringen Investitionen erweitert werden. Dies ist mit keinem anderen Speichersystem möglich. Die Verdampfungstemperatur in der Vereisungsperiode ist bei diesen Systemen nahezu konstant (-6°C und -10°C), während bei herkömmliche Rohrschlangen Eisspeicher die Temperaturen mit zunehmender Eisdicke abnehmen müssen (-15/-17°C bei Eisdicken zwischen 35 und 50 mm). Die Folgen des Einsatzes eines BUCO-Eissilos sind ein kleineres Kühlaggregat und ein geringerer Verbrauch bei Verwendung der herkömmliche Rohrschlangen Eisspeicher. Auch die Reinigung unserer BUCO Eissilos ist sehr einfach. Diese Silos zeichnen sich durch eine einfache Montage und Demontage aus und können daher ohne großen Aufwand bewegt werden.

Kombinierte Eiserzeugungsfunktionen 

Die oben erwähnten kombinierten Funktionen der Eiserzeugung, der Akkumulation und der direkten Kühlung sind nicht die einzigen in diesen BUCO Eissilos. Es können auch andere Varianten eingerichtet werden.

Verwendung von bestehenden Tanks 

In anderen Fällen wurden bestehende Tanks verwendet. Zum Beispiel, wenn die herkömmliche Rohrschlangen Eisspeicher in schlechtem Zustand sind, aber die Tanks in gutem Zustand sind. Die herkömmliche Rohrschlangen werden entfernt, so dass der gesamte Tank für die Lagerung von Eis und Eiswasser zur Verfügung steht. Dies wurde in mehreren Nestlé-Fabriken in Frankreich durchgeführt. Hierzu wurden BUCO Rieslefilmkühler und BUCO Eiserzeuger auf dem Rohrschlangen-Eisspeicher Tank platziert. Das Rücklaufwasser wird zunächst durch den Rieselfilmkühlerr geleitet und seine Temperatur auf ca. 1°C abgesenkt. Unmittelbar danach wird es in die BUCO-Eiserzeuger geleitet, wo das Eis hergestellt wird. Nach dem Abtauen fällt das Eis in den Tank und wird durch eine Zwangszirkulation im Tank verteilt. Das Eis bleibt im Tank im Wasser in der Schwebe, bis es in Form von Eiswasser bei 0,5 °C abgeschmolzen wird. In weiteren Fabriken von Gervais-Danone in Frankreich sind diese Eiswasser- und Eiserzeugungskombinationen ebenfalls eingesetzt, um die Flexibilität im Prozessverlauf zu erhöhen.

Fazit

Mit den obigen Beschreibungen haben wir versucht, die Eiserzeugung und die direkte Kühlung mit Hilfe des Rieselfilmkühler-Systems an die aktuellen Anforderungen moderner Molkereien und Lebensmittelbetriebe anzupassen. Die Herstellung von Wasser bei einer Temperatur von 0,5 °C ist problemlos möglich. Die Rieselfilmkühlung mit Platten ist hocheffizient, robust, einfach zu regulieren und preisgünstig. Das BUCO Scherbeneis-Silo bietet, wie oben beschrieben, eine große Flexibilität und zeichnet sich dadurch aus, dass es einen sehr geringes Kältemittelvolumen benötigt. Eine Kombination von Eisspeicher und direkter Kühlung ist wirtschaftlich sehr attraktiv, wie wir mit den verschiedenen Möglichkeiten gezeigt haben.

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In der Wahrnehmung unserer Kunden steht ein Bucoprodukt für:

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