Cleaning Technologies
Evolving product safety with the “hidden champions” in processing tanks
Hidden Champions für sicheren Genuss
15 Mar 2022
Industrielle Tankreiniger tun ihr Werk dort, wo kein Auge sie sehen kann. Umso größer ist ihre Bedeutung dafür, dass Produkte in den Bereichen Nahrungsmittel, Getränke, Pharma sicher, nachhaltig und haltbar verarbeitet werden. Es lohnt sich, diese sich ständig weiterentwickelnde Anlagenkomponente und ihren Wert für Produzenten und Verbraucher, Beschäftigte und Umwelt einmal ins angemessene Licht zu rücken.
Manche sehen aus wie Raumschiffe. Andere wie surrealistische Werkstattutensilien oder elegant schimmerndes Spielzeug von eigenartiger Symmetrie. Tankreiniger dürften zu den optisch ansprechendsten Komponenten in Prozessanlagen zählen … wenn man sie sehen könnte. Ihr wahrer Wert liegt darin, was sie leisten, in hermetisch geschlossenen Prozess- und Lagertanks.
In der Frühzeit der Lebensmittelverarbeitung hatte der Mensch ungereinigten Behältnissen die glückliche Entdeckung von Gärprodukten wie Wein, Bier und Sauerteig zu verdanken. Schon lange aber gilt seither für jeden Prozessbetreiber das Ziel, für eine gleichbleibende Produktqualität Tanks und Behälter so sauber wie möglich zu halten. Für Produkte, die zum Verzehr bestimmt sind, heißt das: hygienisch oder sogar aseptisch sauber.
Es geht um die Sicherheit – und um den guten Ruf
Ob Milch oder Medizin, Wein oder Bier, Zahncreme oder Bäckermehl – die Verarbeitung muss sicher sein, im Interesse der Hersteller wie der Verbraucher. Bei jeder Lagerung oder Verarbeitung in Tanks, Silos oder z. B. IBCs (Intermediate Bulk Container) können unzureichend entfernte Ablagerungen diese Sicherheit in Frage stellen. Die Sauberkeit solcher Behälter ist daher überall auf der Welt strikt geregelt, so etwa in den USA durch die FDA und in Europa durch die EHEDG.
Eines der Hauptrisiken ist die Verunreinigung von Produkten durch Ablagerungen aus einer früheren Charge. Als Verbraucher verlangen wir nach immer neuen Produkten für unsere wechselnden Bedürfnisse. Die immer zahlreicheren Varianten werden oftmals in denselben Tanks produziert. Gärende oder chemisch aktive Ablagerungen, Allergene oder Pilzwachstum können dabei das nächste Produkt wertlos oder sogar giftig machen.
Selbst wenn immer dieselbe Produktsorte zur Verarbeitung oder Lagerung kommt, können Rückstände die nächste Charge verderben. Die Auswirkungen sind mal größer, mal kleiner, aber moderne Verbraucher sehen schon kleinste Abweichungen kritisch. Auch Tanks für viel weniger empfindliche Produkte müssen gereinigt werden, etwa für Zellstoff, Papierpulpe oder sogar Abwasser, sonst drohen Verstopfungen an Installationen, Korrosion oder z. B. Faulgase.
Alle genannten Risiken potenzieren sich durch die schweren Folgen, die schon eine einzige verdorbene Charge haben kann. Der Hersteller muss das Produkt abschreiben und mit hohen Kosten für Rückruf und Entsorgung rechnen. Wichtiger noch, die Gesundheit von Beschäftigten und Verbrauchern gerät in Gefahr. Schließlich leidet fast zwangsläufig selbst in kleinsten Fällen der Ruf der Marke. Tankreiniger zählen aus all diesen Gründen für den Planer zu den wichtigen Anlagenbausteinen.
Automatisierte Reinigung schafft gesündere Arbeitsbedingungen
Lange Zeit waren die Risiken unreiner Tanks allseits bekannt, die Reinigung von Hand aber mühsam und gefährlich. Ein Arbeiter musste durch das Mannloch ins Tankinnere klettern, häufig mit einem Kollegen, der auf die Sicherheit zu achten hatte. Drinnen müssen sie in extrem beengter, behindernder Lage potenziell giftige Ablagerungen und dazu scharfe Reinigungsmittel verkraften. Es versteht sich, dass Arbeitsschutzbestimmungen weltweit zu extremer Vorsicht mahnen.
Erste Erleichterung brachten mechanische Sprühstrahler für den Handbetrieb – bis heute meist der effektivste Weg, um z. B. Tankaußenflächen, Fußwege oder Decks von Fischerbooten zu säubern. Aber erst die Entwicklung automatisch arbeitender Sprühreiniger sorgte ab den 1920er Jahren für effizientere und weniger schädliche Reinigungsprozesse im Tankinneren. Mit automatisierten Reinigern wurde es auch möglich, Reinigungsflüssigkeiten genau auf die Aufgabe hin zu dosieren – ähnlich wie ein moderner Geschirrspüler sparsamer mit den Ressourcen umgeht, als das beim Spülen von Hand möglich ist.
Die Tanks, bei denen automatische Reiniger heute zum Einsatz kommen, sind meist aus Edelstahl, und der Reiniger wird möglichst mittig an die Innenwand oder an den Deckel montiert. An Chemikalien kommen sowohl alkalische als auch saure Verbindungen zum Einsatz, oftmals in einem CIP-Kreislauf, durch den sie wiederverwendbar sind. Dauer und Abstand der Reinigungszyklen fallen je nach Produkt, Anlage und Chargenplanung äußerst unterschiedlich aus; mehrmals täglich ist keine Seltenheit. Bedenkt man, dass viele Betriebe über ganze Tankfarmen verfügen, mit Tankhöhen von z. T. über 20 m und Innenflächen von jeweils 100 m2 und mehr, dann können wir mit Fug und Recht von den Reinigern als „Hidden Champions“ im Prozessbetrieb sprechen.
Hin zu nachhaltigerer und kostengünstigerer Produktion
Das Spektrum an Reinigertypen, das den Industrieunternehmen heute für die unterschiedlichsten Produkte, Verschmutzungsgrade und Einsatzumgebungen zur Verfügung steht, wird immer größer. Spezialisten im GEA Kompetenzzentrum für Reinigungstechnologie in Büchen arbeiten kontinuierlich an weiteren Verbesserungen. Tankreiniger müssen selbstverständlich sauber und sicher arbeiten, aber dabei auch immer effizienter, sonst zahlt sich die Investition trotz des hohen Gewinns für Produktion und Produkt nicht aus. Eine Frage steht für die Ingenieure immer im Vordergrund: Welche für die Reinigungsleistung wesentlichen Faktoren können wir optimieren, um mehr Nachhaltigkeit, weniger Ressourceneinsatz und geringere Betriebskosten möglich zu machen?
Der sogenannte dynamische Sinner-Kreis zeigt, wie fünf Schlüsselgrößen – mechanische Effizienz, Temperatur, Reinigungsmittel, Wassereinsatz und Reinigungszeit – bei der Tankreinigung einander bedingen. Weitet man einen Bereich aus, werden die anderen kleiner, was entsprechende Einsparpotenziale anzeigt. „In der Praxis konzentrieren sich unsere Experten auf einen Faktor zur Verbesserung, die mechanische Effizienz der Reiniger“, erläutert Jana Zimpel, Product Sales Managerin im GEA Kompetenzzentrum in Büchen. „Jeder Fortschritt auf diesem Gebiet schenkt Anlagenbetreibern wertvolle Prozesszeit und senkt für sie den Energie-, Wasser- und Chemikalienverbrauch nach ihren wirtschaftlichen und ökologischen Prioritäten.“
Jeder Fortschritt auf diesem Gebiet schenkt Anlagenbetreibern wertvolle Prozesszeit und senkt für sie den Energie-, Wasser- und Chemikalienverbrauch nach ihren wirtschaftlichen und ökologischen Prioritäten.
Jana Zimpel
Product Sales Manager, GEA Cleaning Technology
Die Gebiete, auf denen mechanische Verbesserungen erzielt werden, sind breit gefächert. „Innovative Konstruktionsformen machen es möglich, dass wir Scherkräfte und andere physikalische Kräfte nutzbar machen können, um die Reinigungskraft zu verstärken“, erklärt Chris Lawton, Senior Product Sales Manager bei GEA. „Flüssigkeitsmengen, Düsendurchmesser, Rotationsgeschwindigkeit und Sprühbild sind wichtige Parameter, die wir zusammen mit der Reinigungsdauer auf einen bestimmten Prozess und eine vorgesehene Tankgröße hin optimieren können.“
Ein ähnlich wichtiges Ziel im Sinne des Anlagenbetreibers ist eine möglichst lange Lebensdauer der Reiniger. GEA verbaut dafür beispielsweise hydrodynamische Lager statt gewöhnlicher Kugellager, da letztere sich schneller abnutzen und der Abrieb das Produkt verunreinigen kann. Dazu stellt GEA seinen Kunden Experten zur Verfügung, die beim Erstellen vorbeugender Wartungspläne helfen, so dass Dichtungen und andere Abnutzungsteile zum Austausch gelangen, bevor es Probleme damit gibt.
Flüssigkeitsmengen, Düsendurchmesser, Rotationsgeschwindigkeit und Sprühbild sind wichtige Parameter, die wir zusammen mit der Reinigungsdauer auf einen bestimmten Prozess und eine vorgesehene Tankgröße hin optimieren können.
Chris Lawton
Senior Product Sales Manager, GEA Cleaning Technology
Ein modularer Durchbruch
Unter den modernen Bauarten von Tankreinigern setzen kraftvolle Orbitalreiniger in vieler Hinsicht Maßstäbe und werden bei GEA regelmäßig weiterentwickelt. Vorausgesetzt, die mechanische Ausstattung passt, erfüllen diese Reiniger schwierigste Tankreinigungsaufgaben und entfernen auch eingetrocknete und klebrige Ablagerungen, Hefe, Leim, Harz und Gärschlämme. Mit sorgfältig je nach Zweck zusammengestellten Düsen und Düsenträgern rotiert der Reiniger um eine vertikale und eine horizontale Achse. In dem so entstehenden 3D-Muster erfasst der Sprühstrahl äußerst stark und kontrolliert jeden Punkt der Oberfläche.
Zuletzt ist es GEA gelungen, alle wesentlichen Ausrüstungsoptionen für moderne Orbitalreiniger in einem einzigen, modularen Modelltyp zusammenzufassen. Als erster modularer Reiniger dieser Art, bei dem sich alle Anbauteile im Nu austauschen lassen, präsentiert sich der GEA Orbitalreiniger OC200. Drei verschiedene Düsenträger ermöglichen eine Anpassung an jede Einbauöffnung und jeden Verschmutzungsgrad. Die Düsen stehen mit acht verschiedenen Durchmessern zur Verfügung, um Durchfluss, Zyklusdauer und Sprühstärke je nach Einsatz zu optimieren. So lassen sich problemlos längere Verweildauern und damit eine intensivere Reinigung erzielen.
Die Verwendung von Düsenverlängerungen erzeugt gezielte, längere Strahlen, um sehr hohe oder auch sehr breite Tanks zu reinigen – z. B. Mehlsilos oder Gärtanks in Großbrauereien. Hohe Tanks können wahlweise auch von unten aufwärts gereinigt werden, dafür wird der Reiniger umgekehrt eingesetzt. Selbstreinigungsdüsen, die auf den Reiniger gerichtet sind, verhindern Ablagerungen auf dem Reiniger.
Diese Innovation eröffnet Prozessbetreibern ein neues Maß an Flexibilität – zum einen bei der Planung und Bestückung ihrer Prozesse mit den exakt passenden Reinigern, zum anderen bei jeder späteren Anpassung an neue oder sich verändernde Prozessvorgaben. Durch die optimierte mechanische Effizienz ergeben sich noch bessere Möglichkeiten, Zeit und Reinigungsmedien zu sparen, zugunsten einer nachhaltigen Ressourcenverwertung.
Persönliche Expertenberatung – der unterschätzte Faktor
Es liegt im „verborgenen“ Wesen der Tankreinigungstechnik, dass Anlagenplaner, -einrichter und -betreiber sich meist besser auf anderen Gebieten der Prozessausstattung auskennen. Für sie liegt der Fokus – berechtigterweise – auf Technologien, die direkt mit der Aufwertung des Produkts und seiner Absatzchancen zu tun haben. Infolgedessen ist die Ermittlung der besten Tankreinigungslösung in besonderem Maße eine partnerschaftliche Angelegenheit, bei der beteiligte Firmen und Personen eng miteinander zusammenarbeiten.
Für Product Sales Manager Jana Zimpel zählt zu den zentralen Aufgaben in ihrem Team, den Kunden das benötigte Prozesswissen zur Verfügung zu stellen. „Es ist wichtig, die jeweiligen Bedürfnisse und Anforderungen genau zu verstehen“, bekräftigt sie: „Bei dieser Zusammenarbeit tragen wir unser Spezialwissen dazu bei, die bestmöglichen Komponenten zu bestimmen, während der Kunde den Gesamtprozess im Fokus behält. Wir geben unser Know-how weiter, schulen die Mitarbeiter und leisten Unterstützung vor Ort. Für den Kunden bedeutet das einen sicheren, nachhaltigen und kosteneffizienten Reinigungsprozess.“
Prozess- und Lagertanks für
Überall da, wo Hygiene entscheidend ist
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Integrated cleaning for healthier work conditions
A century ago, service workers still had to enter tanks to clean them from the inside – a risky process. The job became easier with the development of spray guns (still the most effective way to clean the outside). But it was the development of integrated cleaning devices, starting in the 1920s, that has brought efficiency and healthier working conditions to the task. These devices have also made it possible to dose water and chemicals sustainably as required – just as a modern dishwasher uses these resources better than rinsing by hand.
Integrated cleaning devices are usually mounted as centrally as possible to the tank walls or ceiling. The interior surfaces of the tank are generally stainless steel, and the cleaning chemicals are alkaline and acidic compounds, which can be re-used in cyclic CIP systems. Cleaning times and intervals can vary greatly, depending on plant setup, product and batch processing schedules, often recurring several times a day. Given that many operations have multi-tank storage farms, some tanks being over 20 meters high with an internal surface area of more than 100 square meters, we can truly call the new generation of tank cleaners the “hidden champions” of industrial production.
Improving sustainability and operating costs
At the GEA Cleaning Technology Competence Center in Büchen, Germany, experts are constantly expanding and developing the range of cleaner types used for different products and varying soiling classes (grading the difficulty of cleaning). To ensure low operational cost, tank cleaners need to become more and more efficient and sustainable. The question that engineers keep coming back to is: Which factors influencing cleaning performance can be further improved to increase sustainability, save resources, and reduce costs?
The so-called dynamic Sinner’s circle shows the interdependency of the four main factors – mechanical efficiency, temperature, cleaning agents and cleaning time – in achieving the required cleaning performance (plus water consumption as a fifth factor). Enlarging any one section in the circle makes the others smaller, indicating potential savings. “In practice, our engineers focus on improving one factor, the mechanical efficiency of cleaning solutions,” explains Jana Zimpel, Product Sales Manager at the GEA Center in Büchen.
Expert support – the decisive element
As befits the concealed nature of tank cleaning, system planners, implementers and operators often understand other areas of processing technology much better than tank cleaners. They are – and should be – mostly focused on improving their product and elemental processing stages. As a result, configuring ideal tank cleaning equipment is very much a matter of partnership between companies, and between persons.
At GEA, Jana Zimpel confirms that a vital part of her team’s work is providing the customer with expert knowledge. “Understanding the individual needs and requirements is very important for us”, she explains. “In good collaboration we are able to support the customer with the optimum component while they are more focusing on the whole process. We share our knowhow; we train staff and support the operators on site. Our customers achieve safe, sustainable, and cost-efficient cleaning processes.”
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