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TECHNISCHES GEBIET
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Die Erfindung betrifft ein Reinigungsverfahren für eine heiß zu reinigende Prozessanlage, insbesondere für eine Prozessanlage der Lebensmittel- und Getränkeindustrie, vorzugsweise für eine Prozessanlage der Molkereiindustrie, nach dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs 1 oder 5 und eine Reinigungsanlage zur Durchführung des Reinigungsverfahrens nach dem Oberbegriff des Nebenanspruchs 7. Unter Heißreinigung einer Prozessanlage sollen solche Reinigungsver- fahren verstanden werden, die bei oder oberhalb der Temperatur des in der Prozessanlage behandelten heißen Produkts oder deutlich oberhalb der Temperatur der Betriebsumgebung der Prozessanlage durchgeführt werden. Eine Quantifizierung des Zustandes „heiß” kann vereinfacht derart vorgenommen werden, dass darunter eine signifikante positive Temperaturdifferenz gegenüber einem im Zuge des Reinigungsverfahrens bereitgestellten, thermisch unbehandelten kalten Frischwasser zu verstehen ist.
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STAND DER TECHNIK
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Aus der
DE 197 41 242 C1 ist eine Anlage zum Reinigen einer Abfüllanlage bekannt, die aus mehreren Teilreinigungssystemen besteht und die für alle Teilreinigungssysteme in einem gemeinsamen Reinigungskreis eine gemeinsame Versorgungsstation vorsieht. Die Versorgungsstation weist die wesentlichen Merkmale der Reinigungsanlage der gattungsgemäßen Art auf, da sie unter Anderem aus den Komponenten Frischwasserbehälter, mehreren Stapelbehältern und einer Erhitzungsstation besteht. Diese Komponenten sind mit Hilfe einer Programmsteuerung wahlweise mittels Ventilen und Ventil-Drehklappen in den aus einer Vorlauf- und einer Rücklaufleitung bestehenden Reinigungskreislauf zu- bzw. abschaltbar. Die Erhitzungsstation dient dazu, die in den Stapelbehältern bevorrateten und bei der Reinigung der Abfüllanlage verwendeten Behandlungsflüssigkeiten auf die jeweils notwendige Behandlungstemperatur aufzuheizen, sodass die zu reinigende Prozessanlage, die Abfüllanlage, im Verlauf ihrer Reinigung unterschiedlichen Behandlungstemperaturen ausgesetzt ist.
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Die
DE 203 21 071 U1 beschreibt eine Vorrichtung zum Behandeln von Gegenständen mit Flüssigkeit, insbesondere eine Flaschen reinigungsanlage, mit wenigstens einer ersten und einer zweiten Behandlungsstufe und mit einer Wärmetauscheranordnung zum Erhitzen der Flüssigkeit. Die Wärmetauscheranordnung weist einen ersten Wärmetauscher für die erste Behandlungsstufe und einen zweiten Wärmetauscher für die zweite Behandlungsstufe auf, wobei der zweite Wärmetauscher durch die im ersten Wärmetauscher erhitzte Flüssigkeit beheizbar ist. Die zu reinigenden Gegenstände, beispielsweise Flaschen, werden bevorzugt in vertikalen Schleifen und bevorzugt kontinuierlich so durch die jeweiligen Behandlungsstufen bewegt, dass die für eine optimale Behandlung bzw. Reinigung notwendige Verweildauer in den jeweiligen Behandlungsstufen erreicht wird. Jede Behandlungsstufe und die darin befindliche Behandlungsflüssigkeit besitzen eine vorgegebene, dem jeweiligen Reinigungserfordernis entsprechende Temperatur, die während des Betriebs der Vorrichtung im Wesentlichen konstant bleibt.
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Grundzüge der in der Molkereiindustrie Anwendung findenden Reinigungsverfahren und -anlagen der gattungsgemäßen Art sind in dem Lehrbuch [1], Heinz-Gerhard KESSLER, Lebensmittel-Verfahrenstechnik, Schwerpunkt Molkereitechnologie, 1. Auflage, München-Weihenstephan, Verlag A. Kessler, 1976, S. 460 bis 469, insbesondere S. 460 bis 462, beschrieben. Auf Seite 462 ist das Schema einer Reinigungsanlage der gattungsgemäßen Art dargestellt, die heute auch als CIP-Anlage (CIP: cleaning in place) bezeichnet wird, was zum Ausdruck bringt, dass das zu reinigende Objekt, beispielsweise die Prozessanlage, beispielsweise bestehend aus Behältern, Aggregaten, verbindenden Rohrleitungen und Ventilen, voll- oder teilautomatisch an Ort und Stelle im Durchfluss gereinigt wird.
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Einen Überblick über die Reinigungsverfahren und -anlagen der gattungsgemäßen Art in Anwendung auf Brauereien gibt das Buch [2], Oskar RADLER, Moderne Reinigungspraxis in Brauereien, 2. erweiterte Auflage, Brauwelt-Verlag Nürnberg, 1981, wobei insbesondere auf den Seiten 58 bis 70 spezielle Reinigungsverfahren beschrieben und auch Ausführungen zur Wasserstapelung, zur Arbeitsweise von voll- oder teilautomatisch im Kreislauf zu reinigende Prozessanlagen und zur Heißreinigung enthalten sind.
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Anwendungsbereiche für CIP-Anlagen und mit diesen durchführbare Reinigungsverfahren sind nicht nur Prozessanlagen der Molkerei- und Brauereiindustrie, sondern generell in der Nahrungsmittel- und Getränkeindustrie, der Pharmazie und der Biotechnologie vorwiegend Rohrleitungssysteme, Ventile, Behälter, Wärmetauscher, Abfüllanlagen und viele andere Aggregate, und zwar immer dort, wo diese Prozessanlagen nicht mehr zerlegt und von Hand, sondern vor allem programmgesteuert im Durchfluss gereinigt werden.
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Den vorgenannten Dokumenten, insbesondere den Dokumenten [1] und [2], ist zu entnehmen, dass sehr häufig ein nachstehend angegebenes Reinigungsverfahren (a) bis (d) präferiert wird, bei dem folgende hintereinandergeschaltete Reinigungsstufen möglich sind und je nach Art der Verunreinigung in der Praxis angewendet werden (siehe insbesondere auch [1], Seiten 461, 462; die Bedeutung der verwendeten Symbole:
L = Spülung mit Lauge L; S = Spülung mit Säure S; W = Spülung mit Wasser W (→ auch Spülwasser W); VW = Vorspülung mit Wasser W, am Anfang stehend (→ Vorspülwasser VW); (VW) = kein Vorspülwasser bzw. Verzicht auf Vorspülung mit Wasser W; ZW = Zwischenspülung mit Wasser W, in der Mitte stehend (→ Zwischenspülwasser ZW); NW = Nachspülung mit Wasser W, am Ende stehend (→ Nachspülwasser NW):
- (a) (VW)-L-NW
- (b) (VW)-L-ZW-S-NW (klassisches Reinigungsverfahren)
- (c) (VW)-S-ZW-L-NW
- (d) (VW)-S-ZW-L-ZW-S-NW.
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In der Molkereiindustrie kommt man ohne Spülung mit Säure S aus, wenn Milchsteinansatz nicht vorhanden ist. Die Position der Spülung mit Säure S richtet sich nach der Lage des Milchsteines, entweder auf, unter oder in der Ablagerung, sodass entweder die Säure S der Lauge L folgt oder letzterer vorangeht. Neben Milchstein gibt es noch weitere Gründe für eine Säurereinigung: zum Beispiel die Entfernung von Ablagerungen aus Wasser oder Laugestein, eine Einflussnahme auf die Oberflächenbeschaffenheit des Reinigungszieles (Passivierung der Oberfläche) oder die Vorreinigung bei starken Verschmutzungen in UHT-Anlagen.
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Das Nachspülwasser NW der letzten Reinigungsstufe wird häufig zum Vorspülen im Zuge einer nachfolgenden Reinigung der Prozessanlage in einem Behälter, einem Stapelbehälter für Vorspülwasser VW oder einem sog. Vorspülwassertank, gespeichert (auch mit gestapelt oder gepuffert bezeichnet). Ist der Vorspülwassertank voll, wird das weitere Vorspülwasser über einen Ablauf (Gully) verworfen. Wegen der Laugen- bzw. Säurereste wird oft auch das Zwischen- und/oder Nachspülwasser in gleicher Weise und Funktion im Vorspülwassertank gespeichert. Bei bestimmten Anwendungen, beispielsweise in Käsereien, ist heute bei entsprechenden Konzepten die Verwendung von Vorspülwasser VW nicht grundsätzlich sinnvoll, sodass die Reinigungsstufe VW entfallen kann („(VW)”, siehe vorstehend) und ein ggf. installierter Vorspülwassertank für andere Aufgaben, beispielsweise im Rahmen der nachfolgend beschriebenen Erfindung, zur Verfügung steht. Die allermeisten Käsereien arbeiten heute allerdings noch mit Vorspülwasser und mit „warmem” Vorspülen wird ein positiver Reinigungseffekt erzielt.
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Um die gewünschte Reinigungswirkung zu erzielen, sind bei der Spülung mit Lauge und Säure bestimmte Temperaturen in der Prozessanlage zu erreichen. Das Erreichen dieser Temperaturen wird fast immer im Reinigungs-Rücklauf der Reinigungsanlage überwacht. Erst wenn hier die vorgegebenen Grenzwerte erreicht sind, wird in der Regel die Reinigungszeit gestartet, in der die heiße Lauge oder die heiße Säure die Prozessanlage über die Reinigungsanlage im Kreislauf durchströmt.
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Die Arbeitstemperaturen für die verwendeten Reinigungsflüssigkeiten, die Behandlungsflüssigkeiten Lauge, Säure, Spülwasser in Gestalt von Vorspülwasser, Zwischenspülwasser und Nachspülwasser, sind unterschiedlich. Für Lauge ist eine Temperatur im Bereich von beispielsweise 80°C und für Säure im Bereich von beispielsweise 65°C erforderlich. Die Temperatur des Zwischenspülwassers und des Nachspülwassers (in beiden Fällen des Frischwassers) hängt von den lokalen Verhältnissen ab. In der Regel liegt sie zwischen ca. 8°C und ca. 16°C, häufig beispielsweise zwischen 12°C und 14°C. Die Temperatur des Vorspülwassers liegt höher als jene des Frischwassers und ist nicht konstant. Sie ergibt sich aus den Rücklauftemperaturen der durchgeführten Reinigungen.
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Für eine Reinigungsanlage nach dem Stand der Technik, wie sie in 1 dargestellt ist, mit der das vorstehend angegebene Reinigungsverfahren (mit Vorspülung)
(b) VW-L-ZW-S-NW
durchführbar ist, ergibt sich innerhalb der Prozessanlage sowie im Reinigungs-Vorlauf und Reinigungs-Rücklauf der Reinigungsanlage ein in 1a beispielhaft und sehr vereinfacht dargestellter qualitativer Temperatur T-Zeit t-Verlauf (T = f(t)) für die genannten hintereinandergeschalteten Reinigungsstufen.
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• Vorspülen mit Vorspülwasser VW:
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Die Reinigungsanlage wird mit Vorspülwasser VW durchströmt, das eine konstante erste Behandlungstemperatur T = T1 = 25°C aufweist; das rücklaufende Vorspülwasser VW geht in den Ablauf (Gully) (näherungsweise wird ein konstanter Temperaturverlauf T = T1 in der Reinigungsstufe VW der 1a angenommen).
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• Spülen mit Lauge L:
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Die Reinigungsanlage wird mit Lauge L, die eine zweite Behandlungstemperatur T = T2 = 80°C aufweist, gefüllt und sie schiebt zunächst das Vorspülwasser VW über den Reinigungs-Rücklauf in den Ablauf (Gully) aus. Die Lauge L wird alsdann so lange im Kreislauf gefahren, bis sich die Prozessanlage aufgeheizt hat und die Temperatur am Reinigungs-Rücklauf einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet (Anstieg der Temperatur T von T = T1 bis T = T2 in der Reinigungsstufe L der 1a). Von da an wird die eigentliche Reinigungszeit gezählt (näherungsweise wird ein konstanter Temperaturverlauf T = T2 bis zum Ende der Reinigungsstufe L der 1a angenommen).
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• Zwischenspülen mit Zwischenspülwasser ZW:
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Das Zwischenspülen erfolgt mit Zwischenspülwasser ZW, das eine vierte Behandlungstemperatur T = T4 = 13°C aufweist und in Form von Frischwasser FW zugeführt wird. Die Verwendung von Vorspülwasser VW scheidet hier aus, weil dies neben einer erneuten Verschmutzung auch bakteriologische Risiken mit sich bringen würde. Zwei Arten des Zwischenspulens werden praktiziert:
- a) Die gesamte Reinigungsanlage wird mit Zwischenspülwasser ZW gefüllt. Erst wenn im Reinigungs-Rücklauf Zwischenspülwasser ZW ankommt, wird eine Spülzeit gezählt oder die nächste Reinigungsstufe gestartet.
- b) Es wird ein „Pfropfen” Zwischenspülwasser ZW in die Reinigungsanlage geschoben. Dieser Pfropfen zwischen den beiden Behandlungsflüssigkeiten Lauge und Säure muss so groß sein, dass deren Vermischung unter gar keinen Umständen stattfinden kann.
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In jedem Falle erwärmt sich das Zwischenspülwasser ZW in der zu reinigenden Prozessanlage und kühlt diese dabei schließlich bis auf die vierte Behandlungstemperatur T = T4 = 13°C ab. Das rücklaufende, erwärmte Zwischenspülwasser ZW wird entweder über den Ablauf (Gully) verworfen oder es wird wegen der ggf. vorhandenen und reinigungstechnisch wirksamen Laugenreste einem Vorspülwassertank zugeführt (Abfall der Temperatur T von T = T2 bis auf die vierte Behandlungstemperatur T = T4 in der Reinigungsstufe ZW und anschließender näherungsweise konstanter Temperaturverlauf T = T4 bis zum Ende der Reinigungsstufe ZW der 1a).
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• Spülen mit Säure S:
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Die Spülung der Prozessanlage mit Säure S erfolgt sinngemäß wie jene mit Lauge. Die Reinigungsanlage wird mit Säure S, die eine dritte Behandlungstemperatur T = T3 = 65°C aufweist, gefüllt und sie schiebt zunächst das Zwischenspülwasser ZW über den Reinigungs-Rücklauf in den Ablauf (Gully) aus oder führt es dem Vorspülwassertank zu. Die Säure S wird alsdann so lange im Kreislauf gefahren, bis sich die Prozessanlage aufgeheizt hat und die Temperatur am Reinigungs-Rücklauf einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet (Anstieg der Temperatur T von T = T4 bis T = T3 in der Reinigungsstufe S der 1a). Von da an wird die eigentliche Reinigungszeit gezählt (näherungsweise wird ein konstanter Temperaturverlauf T = T3 bis zum Ende der Reinigungsstufe S der 1a angenommen).
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• Nachspülen mit Nachspülwasser NW:
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Das Nachspülen erfolgt mit Nachspülwasser NW, das die vierte Behandlungstemperatur T = T4 = 13°C aufweist und in Form von Frischwasser FW zugeführt wird. Das Nachspülwasser NW schiebt die Säure S über den Reinigungs-Rücklauf aus der Prozessanlage aus, erwärmt sich dabei in der Prozessanlage und kühlt diese dabei schließlich bis auf die vierte Behandlungstemperatur T = T4 = 13°C ab. Das rücklaufende, erwärmte Nachspülwasser NW wird entweder über den Ablauf (Gully) verworfen oder es wird wegen der ggf. vorhandenen und reinigungstechnisch wirksamen Säurereste einem Vorspülwassertank zugeführt (Abfall der Temperatur T von T = T3 bis auf die vierte Behandlungstemperatur T = T4 in der Reinigungsstufe NW und anschließender näherungsweise konstanter Temperaturverlauf T = T4 bis zum Ende der Reinigungsstufe NW der 1a).
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Kurz zusammengefasst ergibt sich im Endergebnis für die Prozessanlage sowie für den Reinigungs-Vorlauf und Reinigungs-Rücklauf der Reinigungsanlage folgender beispielhafter Temperaturverlauf für die hintereinandergeschalteten Reinigungsstufen des vorstehend definierten Reinigungsverfahrens (b):
VW 25°C → L 80°C → ZW 13°C → S 65°C → NW 13°C.
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Durch die kalte Zwischenspülung zwischen den Behandlungsflüssigkeiten Lauge L und Säure S entsteht ein relativ großer Energieverlust. Die planmäßig aufgeheizte Prozessanlage einschließlich der Verbindungsleitungen des Reinigungskreises zwischen Prozess- und Reinigungsanlage werden abgekühlt, um anschließend wieder aufgeheizt zu werden.
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Um hierfür den thermischen Energieverbrauch zu minimieren, wurde bereits eine wärmere Zwischenspülung vorgeschlagen. Die Verwendung von Vorspülwasser, das in jedem Falle wärmer als das vorstehend im Zuge der Zwischenspülung zur Anwendung gebrachte Frischwasser ist, scheidet aus, weil die in ihm enthaltene Schmutzfracht die bereits teilgereinigte Prozessanlage erneut verschmutzen und darüber hinaus auch bakteriologische Risiken mit sich bringen würde. Es wurde weiterhin auch bereits ein warmer Zwischenspülwassertank vorgesehen. Dieser muss entweder auf einer bakteriologisch unkritischen Temperatur gehalten (wegen der Gefahr der Legionellenbildung) oder im Verlauf seiner Nutzung mehrfach gereinigt oder entleert werden. Auch hierdurch entsteht ein relativ hoher Energieverbrauch.
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Mit den vorstehend beschriebenen Temperaturwechseln im Zuge des bekannten Reinigungsverfahrens erfahren die diesen Temperaturwechseln unterliegenden Bauteile der Prozessanlage thermische Belastungen, die einander abwechselnde Dilatationen und Kontraktionen dieser Bauteile bewirken. Dadurch werden diese Bauteile neben der thermischen Beanspruchung auch mechanischen Lastwechseln unterzogen; duktile Bauteile, wie beispielsweise Dichtungen, werden gewalkt und verschleißen dadurch schneller.
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Heiß zu reinigende Prozessanlagen weisen in vielen Fällen großvolumige, relativ dünnwandige Behälter auf, die eine geringe Stabilität gegen eine Unterdruckbildung in ihrem Innern aufweisen. Eine derartige Unterdruckbildung, und zwar in besonders kritischer Weise schlagartig, tritt aber immer dann ein, wenn sich im Behälter eine warme Gasphase befindet, in die im Zuge des Reinigungsverfahrens eine Behandlungsflüssigkeit in Gestalt von kaltem Zwischen- oder Nachspülwasser feintropfig, beispielsweise über Sprühkugeln, Reinigungsdüsen oder über mit Düsen ausgestatteten Orbitalreinigern, eingespritzt wird. Unter diesen Bedingungen kann sich ein Behälter der in Rede stehenden Art schlagartig zusammenziehen oder er kann wenigsten einbeulen, wenn er nicht durch hinreichend groß bemessene Belüftungsquerschnitte in Verbindung mit automatisch oder selbsttätig arbeitenden Sicherheitseinrichtungen ausgerüstet ist.
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Schließlich ist das Verwerfen von relativ hoch erwärmtem Zwischen- und Nachspülwasser über einen Ablauf (Gully) und damit schließlich deren Ableitung in die Umgebung nicht umweltschonend bzw. umweltfreundlich.
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Die seit langem praktizierten Reinigungsverfahren der vorbeschriebenen Art
- • arbeiten mit einem relativ großen Energieverlust,
- • bewirken eine hohe thermische und mechanische Belastung der Prozessanlage einschließlich der Verbindungsleitungen des Reinigungskreises zwischen Prozess- und Reinigungsanlage,
- • gefährden die Sicherheit insbesondere von großvolumigen, relativ dünnwandigen Behältern und
- • belasten die Umwelt mit ungenutzter Abwärme.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, bei einem Reinigungsverfahren der gattungsgemäßen Art und einer Reinigungsanlage zu seiner Durchführung einen wirtschaftlichen Energieeinsatz, eine geringstmögliche thermische und mechanische Belastung der Komponenten und Bauteile, eine größtmögliche mechanische Sicherheit in der Prozessanlage im Zuge ihrer Reinigung sowie eine umweltschonende Entsorgung des Spülwassers sicherzustellen.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche 1 und 5 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen dieser Ansprüche sind in den Unteransprüchen beschrieben. Eine Reinigungsanlage zur Durchführung des Verfahrens ist Gegenstand des Nebenanspruchs 7. Vorteilhafte Ausführungsformen der Reinigungsanlage sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Ausgehend von einem Reinigungsverfahren der vorstehend beschriebenen, bekannten Art besteht der erfinderische Grundgedanke darin, dass ein aus der Prozessanlage abströmendes, erwärmtes Zwischenspülwasser und ein erwärmtes Nachspülwasser bei Überschreiten einer vorgegebenen Mindesttemperatur an einem gemeinsamen Ort gespeichert werden. Weiterhin werden nach einer ersten Verfahrensvariante das der Prozessanlage zuströmende kalte Zwischenspülwasser und das kalte Nachspülwasser vor Eintritt in die Prozessanlage in einen rekuperativen Wärmeaustausch mit dem gespeicherten, erwärmten Zwischenspülwasser und erwärmten Nachspülwasser gebracht. Nach einer zweiten Verfahrensvariante wird nur das der Prozessanlage zuströmende kalte Zwischenspülwasser vor Eintritt in die Prozessanlage in den vorstehend definierten Wärmeaustausch gebracht, auch wenn am Ende des Reinigungsverfahrens auch Nachspülwasser anfällt. Der erfinderische Grundgedanke soll auch Reinigungsverfahren umfassen, bei denen eine Abfolge von Säure auf Lauge oder umgekehrt nicht vorliegt, sondern nur eine einfache Lauge- oder Säurespülung, jeweils mit oder ohne Vorspülung mit Vorspülwasser, vorgesehen ist. In allen Fällen werden das der Wärmeabgabe dienende Zwischenspülwasser und das Nachspülwasser nach der Wärmeabgabe verworfen. Wenn Zwischenspülwasser und Nachspülwasser im Zusammenhang mit ihrer Speicherung genannt werden, so soll dies mit Blick auf das erfindungsgemäße Reinigungsverfahren bedeuten, dass beide Komponenten oder nur eine von beiden (oder-Bedingung) zur Speicherung anstehen bzw. ansteht. Dieser Sachverhalt wird nachstehend auch unter dem Begriff Spülwasser zusammengefasst
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Das zur Spülung der Prozessanlage jeweils bereitgestellte relativ kalte Spülwasser generiert sich aus einem zur Verfügung stehenden Frischwasser und seine erfindungsgemäß vorgesehene rekuperative Erwärmung wird aus einem sich zwangsläufig im Zuge des Reinigungsverfahrens anfallenden Vorrat an Wärmeenergie gespeist, der ansonsten mit dem zu verwerfenden erwärmten Spülwasser ungenutzt in die Umgebung abgeführt würde. Der besagte und nutzbare Vorrat an Wärmeenergie generiert sich aus der Abkühlung der Prozessanlage und ihrer peripheren Anschlussleitungen zur Reinigungsanlage vom aufgeheizten Zustand nach der Spülung mit heißer Lauge und mit heißer Säure und führt in jedem Falle zu der erwähnten Erwärmung des jeweiligen Spülwassers. Die Nutzung beschränkt sich auf jenen Vorrat an Wärmeenergie, der unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten oberhalb der vorgegebenen Mindesttemperatur Tmin zur Verfügung steht. In der 1a ist für den vorstehend beschriebenen Temperatur-Zeitverlauf des bekannten Reinigungsverfahrens der in Frage kommende Bereich oberhalb der Mindesttemperatur Tmin jeweils in der Reinigungsstufe ZW und NW durch schräge Schraffur gekennzeichnet. Im weiteren Bereich unterhalb des Temperaturabfalls und unterhalb der Mindesttemperatur Tmin (senkrechte Schraffur) findet zwar noch eine Erwärmung des Zwischen- und Nachspülwassers statt, eine Nutzung dieser Wärme stößt aber an wirtschaftliche Grenzen. Die gewählte Darstellung ist qualitativ und weniger quantitativ zu deuten.
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Mit dem rekuperativ erwärmten, der Prozessanlage zuzuführenden Zwischen- und Nachspülwasser wird dort dann eine geringere Temperaturreduzierung gegenüber dem höchsten Temperaturniveau, das sich bei der Lauge- und Säurespülung einstellt, vor Allem in der Reinigungsstufe mit Zwischenspülwasser und auch, wenn dies gewünscht ist, in der Reinigungsstufe mit Nachspülwasser zugelassen. Der bislang im Stand der Technik übliche Temperaturwechsel von heiß über kalt und wieder zu heiß (L → ZW → S; S → ZW → L), hinter dem sich kein technologischer Zweck verbirgt, findet in der bisherigen signifikanten Ausprägung nicht mehr statt. Darüber hinaus wird durch den vorgeschlagenen rekuperativen Wärmeaustausch der Energiebedarf zum Abkühlen und Aufheizen der Prozessanlage und ihrer peripheren Verbindungsleitungen zur Reinigungsanlage minimiert. Sämtliche in der vorstehenden, der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe enthaltene Teilaufgaben werden durch die vorliegende Erfindung somit gelöst.
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Das erfindungsgemäße Reinigungsverfahren wird, wie dies vorgesehen ist, programmgesteuert voll- oder teilautomatisch durchgeführt.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Reinigungsverfahrens sieht vor, dass das aus der Prozessanlage abströmende, erwärmte Zwischenspülwasser und das Nachspülwasser nur dann gespeichert werden, wenn deren Rücklauf-Temperatur am Eintritt in eine das Reinigungsverfahren durchführende Reinigungsanlage größer ist als eine Bevorratungs-Temperatur des bereits gespeicherten, erwärmten Zwischenspülwassers und Nachspülwassers. Überlagern sich Zwischen- und Nachspülwasser an ihrem Speicherort, dann handelt es sich bei der Bevorratungs-Temperatur um eine Mischtemperatur. Durch diese Bedingung kann die erfinderische Maßnahme unter energetischen und wirtschaftlichen Gesichtspunkten optimiert werden.
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Für den Fall, dass in der oder im Umfeld der Prozessanlage ein frei verfügbares Medium zur Verfügung steht, beispielsweise ein Warmbrüden aus einer Eindampfanlage oder ein Permeat aus einer Filtration, und dieses Medium entweder als Vorspülwasser geeignet oder Vorspülwasser nicht benötigt und der dadurch frei werdende Speicherort oder ein neu zu installierender Speicherort als solcher für Wärmeenergie fungieren kann, schlägt eine andere Weiterbildung der Erfindung vor, dass dem gespeicherten, erwärmten Zwischenspülwasser und Nachspülwasser dann dieses frei verfügbare Medium zugeführt wird, wenn eine Medium-Temperatur größer ist als die Bevorratungs-Temperatur des gespeicherten, erwärmten Zwischenspülwassers und Nachspülwassers.
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Ausgehend von dem erfindungsgemäßen Reinigungsverfahren der vorstehend beschriebenen, bekannten Art besteht ein weiterer erfinderischer Grundgedanke darin, die Zielsetzung der vorliegenden Erfindung auch dann zu verwirklichen, wenn die Menge und/oder die Temperatur des gespeicherten erwärmten Zwischenspülwassers und Nachspülwassers nicht hinreichend ist. In diesem Falle sieht ein vom vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Reinigungsverfahren unabhängiges Reinigungsverfahren vor, dass ein aus der Prozessanlage abströmendes, erwärmtes Zwischenspülwasser und ein erwärmtes Nachspülwasser bei Überschreiten einer vorgegebenen Mindesttemperatur an einem gemeinsamen Ort gespeichert werden. Darüber hinaus ist vorgesehen, dass das der Prozessanlage zuströmende kalte Zwischen- und kalte Nachspülwasser oder nur das der Prozessanlage zuströmende kalte Zwischenspülwasser jeweils vor Eintritt in die Prozessanlage in einen rekuperativen Wärmeaustausch mit einem Medium gebracht werden bzw. wird, wenn eine Medium-Temperatur größer ist als eine Bevorratungs-Temperatur des gespeicherten, erwärmten Zwischenspülwassers und erwärmten Nachspülwassers, und dass das Medium anschließend verworfen wird. Bei diesem Medium kann es sich beispielsweise um einen Warmbrüden aus einer Eindampfanlage oder ein Permeat aus einer Filtration handeln, wobei nunmehr die einschränkende Bedingung entfällt, dass das Medium als Vorspülwasser geeignet sein muss, wenn die Reinigungsstufe mit Vorspülwasser Anwendung findet.
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Um einer Temperaturschichtung des erwärmten Zwischen- und Nachspülwassers am Speicherort entgegenzuwirken, sieht ein weiterer Vorschlag vor, dass diese dort zwangsweise durchmischt werden. Dies kann durch Förderung im Kreislauf oder durch mechanisch oder strömungsmechanisch arbeitende Mischeinrichtungen erfolgen, und zwar vorzugsweise in solchen Betriebszyklen des vorgeschlagenen Reinigungsverfahrens, in denen sich das Zwischen- und Nachspülwasser, das Spülwasser ansonsten von äußeren Einflüssen ungestört in relativer Ruhe befindet.
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Zur Durchführung der beiden erfindungsgemäßen Reinigungsverfahren schlägt die Erfindung weiterhin eine Reinigungsanlage vor, die in bekannter Weise mit der Prozessanlage über eine Vorlaufleitung, in der eine Vorlaufpumpe angeordnete ist, und über eine Rücklaufleitung verbunden ist und einen Reinigungskreis bildet. Dieser Reinigungskreis besteht weiterhin aus den Komponenten erster bis vierter Stapelbehälter zur Bevorratung von Behandlungsflüssigkeiten und einem ersten und einem zweiten Ablauf, wobei gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung die Komponenten mit Hilfe einer Programmsteuerung wahlweise mittels Ventilen in den Reinigungskreis zu- oder von diesem abschaltbar sind. Die Anzahl der Stapelbehälter kann auch geringer sein, wenn sich das Reinigungsverfahren auf eine Spülung mit Lauge oder Säure beschränkt. Bei Verzicht auf das Spülen mit Vorspülwasser wird der erste Stapelbehälter, falls vorhanden, zu einem Wärmespeicherbehälter (Wärmepuffertank) umfunktioniert oder der erste Stapelbehälter ist von vornherein als solcher konzipiert.
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Die erfindungsgemäße Reinigungsanlage zeichnet sich gegenüber jener im Stand der Technik dadurch aus, dass die Vorlaufleitung unterstromig der Vorlaufpumpe über die Sekundärseite eines Wärmeaustauschers geführt ist, dass eine Entleerungsleitung über die Primärseite des Wärmeaustauschers geführt ist, die oberstromig des Wärmeaustauschers mit einem Ablauf des ersten Stapelbehälters verbindbar ist und die unterstromig des Wärmeaustauschers in dem ersten Ablauf ausmündet, und dass im oberstromigen Abschnitt der Entleerungsleitung eine Entleerungspumpe angeordnet ist.
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Diese überraschend einfachen Ergänzungen und Änderungen gegenüber der bekannten Reinigungsanlage erlauben es nun, den im ersten Stapelbehälter im erwärmten Spülwasser gespeicherten Vorrat an Wärmeenergie bei Bedarf über den rekuperativ arbeitenden Wärmeaustauscher auf das für die Prozessanlage bereitgestellte kalte Zwischen- und Nachspülwasser, die sich jeweils aus dem kalten Frischwasser generieren, zu übertragen und diese dadurch entsprechend zu erwärmen. Das dadurch abgekühlte Spülwasser wird anschließend über den ersten Ablauf abgeführt und belastet somit die Umwelt nur noch mit einem gegenüber Lösungen nach dem Stand der Technik geringeren Anteil an Rest- bzw. Abwärme. Die verminderte Abwassertemperatur trägt somit auch zur Minimierung der Entsorgungskosten bei.
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Um Temperaturschichtungen im ersten Stapelbehälter mit geringstmöglichem, zusätzlichem apparativem Aufwand entgegenzuwirken, schlägt die Erfindung weiterhin vor, dass sich die Entleerungsleitung zwischen der Entleerungspumpe und dem ersten Ablauf in eine Umwälzleitung verzweigt, die wahlweise mit einem Zulauf zum ersten Speicherbehälter oder einem Kopfraum desselben verbindbar ist. Durch diese Maßnahme kann das gespeicherte Zwischen- und Nachspülwasser im Kreislauf umgewälzt und damit wirksam durchmischt werden. Eine mechanische Mischeinrichtung im ersten Stapelbehälter oder eine aus diesem ansaugende und an diesem angeordnete Strahlpumpe sind weitere, allerdings aufwendigere Lösungen.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Reinigungsanlage sieht vor, dass oberstromig der Entleerungspumpe die Entleerungsleitung wahlweise mit einer in den zweiten Ablauf ausmündenden zweiten Ablassleitung verbindbar ist. Dadurch kann beispielsweise der erste Stapelbehälter in den zweiten Ablauf entleert oder teilentleert werden, wenn in ihm Raum für wärmeres Zwischen- oder Nachspülwasser als das aktuell in ihm gespeicherte geschaffen werden soll oder muss.
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Um in die Reinigungsanlage von außen bereitgestelltes, externes Medium zum Zwecke des rekuperativen Wärmeaustauschs mit dem für die Prozessanlage bereitgestellten kalten Frischwasser einbringen zu können, sieht ein weiterer Vorschlag vor, dass oberstromig der Entleerungspumpe die Entleerungsleitung wahlweise mit einer ersten Zulaufleitung verbindbar ist, wobei die erste Zulaufleitung andererseits einen ersten Medium-Zulauf für ein Medium aufweist. Diese Möglichkeit kann beispielsweise dann genutzt werden, wenn das im ersten Stapelbehälter gespeicherte, erwärmte Spülwasser für die planmäßigen Anforderungen nicht in hinreichender Menge und/oder Temperatur zur Verfügung steht und wenn die Medium-Temperatur größer ist als eine Bevorratungs-Temperatur des gespeicherten Spülwassers.
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Um eine Aufladung des ersten Stapelbehälters in seiner Funktion als Vorspülwassertank oder ausschließlich als Wärmepuffertank mit einem an die Reinigungsanlage von außen herangeführten externen Medium zu ermöglichen, wenn das in ihm gespeicherte Spülwasser den gestellten Anforderungen hinsichtlich Menge und/oder Temperatur nicht entspricht und wenn die Medium-Temperatur größer ist als eine Bevorratungs-Temperatur des gespeicherten Spülwassers, ist weiterhin vorgesehen, dass an den ersten Stapelbehälter eine zweite Zulaufleitung angeschlossen ist, die andererseits einen zweiten Medium-Zulauf für ein wahlweise zuführbares Medium aufweist.
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Alternativ zur Entleerung oder Teilentleerung des ersten Stapelbehälters über die zweite Ablassleitung in den zweiten Ablauf wird eine zweite Möglichkeit zur diesbezüglichen Entleerung oder Teilentleerung vorgeschlagen, die darin besteht, dass eine Überlaufleitung vorgesehen ist, die einerseits am unteren Ende des ersten Stapelbehälters angeschlossen ist und andererseits auf der Höhe des maximal zulässigen Füllstandes im ersten Stapelbehälter in einen dritten Ablauf ausmündet.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Eine eingehendere Darstellung der Erfindung ergibt sich aus der folgenden Beschreibung und den beigefügten Figuren der Zeichnung sowie aus den Ansprüchen. Während die Erfindung in den verschiedensten Ausgestaltungen eines Verfahrens und einer Reinigungsanlage zu seiner Durchführung realisiert ist, werden in der Zeichnung bevorzugte Ausgestaltungen des Reinigungsverfahrens und eine zugeordnete Reinigungsanlage in einer bevorzugten Ausführungsform zu deren Durchführung beschrieben. Es zeigen
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1 in sehr vereinfachter schematischer Darstellung eine Reinigungsanlage (CIP-Anlage) der gattungsgemäßen Art nach dem Stand der Technik;
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1a in vereinfachter Darstellung einen beispielhaften qualitativen Temperatur-Zeit-Verlauf (T = f(t)) für eine Prozessanlage im Verlauf eines mit der Reinigungsanlage gemäß 1 durchgeführten Reinigungsverfahrens nach dem Stand der Technik;
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2 in sehr vereinfachter schematischer Darstellung eine Reinigungsanlage (CIP-Anlage) gemäß der Erfindung, wobei die erfindungsgemäßen Änderungen und Ergänzungen gegenüber der Reinigungsanlage gemäß 1 durch eine gestrichelte und strichpunktierte Linienführung dargestellt sind;
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3 die Reinigungsanlage gemäß 2 in einer Reinigungsstufe des erfindungsgemäßen Reinigungsverfahrens, in der Frischwasser als Zwischen- oder Nachspülwasser der Prozessanlage über den Reinigungs-Vorlauf zugeführt wird und sich dabei in einem rekuperativen Wärmeaustausch mit einem aus einem ersten Stapelbehälter herangeführten und dort gespeicherten, erwärmten Spülwasser befindet und das in der Prozessanlage erwärmte Zwischen- oder Nachspülwasser dem ersten Stapelbehälter über den Reinigungs-Rücklauf dann zugeführt und dort gespeichert wird, wenn im Reinigungs-Rücklauf vorgegebene Temperaturbedingungen erfüllt sind;
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4 die Reinigungsanlage gemäß 2 in einer Reinigungsstufe des erfindungsgemäßen Reinigungsverfahrens, in der durch Spülung der Prozessanlage mit Säure auf dem Weg über den Reinigungs-Vorlauf das vorhergehende erwärmte Zwischenspülwasser aus der Prozessanlage über den Reinigungs-Rücklauf ausgeschoben und dem ersten Stapelbehälter zur Speicherung dann zugeführt wird, wenn im Reinigungs-Rücklauf vorgegebene Temperaturbedingungen erfüllt sind;
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5 die Reinigungsanlage gemäß 2 in einer Reinigungsstufe des erfindungsgemäßen Reinigungsverfahrens, in der Frischwasser als Zwischen- oder Nachspülwasser der Prozessanlage über den Reinigungs-Vorlauf zugeführt wird, sich in der Prozessanlage erwärmt und über den Reinigungs-Rücklauf ausgeschoben und dem ersten Stapelbehälter zur Speicherung dann zugeführt wird, wenn im Reinigungs-Rücklauf vorgegebene Temperaturbedingungen erfüllt sind, wobei der erste Stapelbehälter bei Überschreiten seiner Speicherkapazität eine fluidgängige Verbindung zu einem Ablauf erhält;
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6 die Reinigungsanlage gemäß 2 in einer Reinigungsstufe des erfindungsgemäßen Reinigungsverfahrens, in der Frischwasser als Zwischen- oder Nachspülwasser für die Prozessanlage bereitgestellt wird und sich auf dem Weg zum Reinigungs-Vorlauf dann in einem rekuperativen Wärmeaustausch mit einem der Reinigungsanlage von außen zugeführten und im Anschluss an den Wärmeaustausch verworfenen externen Medium befindet, wenn die Medium-Temperatur vorgegebene Temperaturbedingungen erfüllt oder wenn der erste Stapelbehälter leer ist und vorgegebene Temperaturbedingungen erfüllt sind;
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7 die Reinigungsanlage gemäß 2 in einer Reinigungsstufe des erfindungsgemäßen Reinigungsverfahrens, in der Frischwasser als Zwischen- oder Nachspülwasser der Prozessanlage über den Reinigungs-Vorlauf zugeführt und in den ersten Stapelbehälter ein der Reinigungsanlage von außen zugeführtes externes Medium dann eingeleitet wird, wenn die Medium-Temperatur vorgegebene Temperaturbedingungen erfüllt und
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8 die Reinigungsanlage gemäß 2 in einem Betriebszyklus des erfindungsgemäßen Reinigungsverfahrens, in dem das Zwischen- und Nachspülwasser im ersten Stapelbehälter im Kreislauf umgewälzt und dabei durchmischt wird.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Eine bekannte Reinigungsanlage 1* (1), auch als CIP-Anlage (CIP: cleaning in place) bezeichnet, von der die vorliegende Erfindung ausgeht, besteht aus einer Anzahl von Stapelbehältern 2. Im vorliegenden Falle handelt es sich um vier Stapelbehälter 2.1, 2.2, 2.3, 2.4, die jeweils an ihrem unteren Behälterboden fluidgängig mit einer in einem Reinigungs-Vorlauf 7 endenden Vorlaufleitung 4 verbunden sind. Der erste Stapelbehälter 2.1 dient der Bevorratung einer ersten Behandlungsflüssigkeit, einem Vorspülwasser VW, der zweite Stapelbehälter 2.2 bevorratet eine zweite Behandlungsflüssigkeit, beispielsweise Lauge L, der dritte Stapelbehälter 2.3 bevorratet eine dritte Behandlungsflüssigkeit, beispielsweise Säure S, und der vierte Speicherbehälter 2.4 versorgt die Reinigungsanlage 1* mit einer vierten Behandlungsflüssigkeit, einem Frischwasser FW, aus dem sich ein Zwischenspülwasser ZW und Nachspülwasser NW generieren (siehe 1a), wobei die Quelle des Frischwassers FW nicht dargestellt ist. Eine Rücklaufleitung 5 führt einerseits über einen Reinigungs-Rücklauf 6 in die Reinigungsanlage 1* und endet andererseits in einem ersten Ablauf (erster Gully) 8. Die Rücklaufleitung 5 steht in fluidgängiger Verbindung zu jedem der Stapelbehälter 2.1, 2.2 und 2.3. Die in den Stapelbehältern 2.1, 2.2, 2.3 und 2.4 gespeicherten Behandlungsflüssigkeiten VW, L, S und FW besitzen in der genannten Reihenfolge eine erste T1, eine zweite T2, eine dritte T3 und eine vierte Behandlungstemperatur T4, mit der sie in den ersten drei Fällen aus der Rücklaufleitung 5 in den jeweils zugeordneten Stapelbehälter 2.1, 2.3 und 2.4 eingeleitet werden. Die vierte Behandlungstemperatur T4 resultiert aus der Temperatur, mit der eine lokale Versorgungsanlage das Frischwasser FW bereitstellt.
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Oberstromig des Reinigungs-Vorlaufs 7, aber unterstromig eines an der Verbindungsstelle des ersten Stapelbehälters 2.1 mit der Vorlaufleitung 4 ausgebildeten Ventilknotens 4b, ist in der Vorlaufleitung 4 eine Vorlaufpumpe 3 angeordnet. Eine erste Ablassleitung 4a stellt am Ventilknoten 4b eine fluidgängige Verbindung zwischen der Vorlaufleitung 4 und einem zweiten Ablauf (zweiter Gully) 8a her. Die Reinigungsanlage 1* bildet mit der nicht dargestellten Prozessanlage über die Vorlaufleitung 4 und über die Rücklaufleitung 5 einen Reinigungskreis, wobei der Reinigungs-Vorlauf 7 und der Reinigungs-Rücklauf 6 die Schnittstellen zwischen Prozess- und Reinigungsanlage 1* in diesem Reinigungskreis bilden. Die weiteren Komponenten des Reinigungskreises sind der erste bis vierte Stapelbehälter 2.1 bis 2.4 und der erste und der zweite Ablauf 8, 8a, wobei diese Komponenten mit Hilfe einer nicht dargestellten Programmsteuerung wahlweise mittels bis auf den Ventilknoten 4b nicht bezeichneten Ventilen in den Reinigungskreis zu- oder von diesem abschaltbar sind. Am Reinigungs-Vorlauf 7 ist eine erste Temperatur-Messstelle 9 für die Messung einer Vorlauf-Temperatur TV und am Reinigungs-Rücklauf 6 sind eine zweite Temperatur-Messstelle 10 zur Messung einer Rücklauf-Temperatur TR und eine Leitwert-Messstelle 11 zur Messung eines Leitwertes der über den Reinigungs-Rücklauf 6 in die Rücklaufleitung 5 eintretenden jeweiligen Behandlungsflüssigkeiten VW, L, S, ZW und NW angeordnet.
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In 1a ist der innerhalb der Prozessanlage sowie im Reinigungs-Vorlauf 7 und Reinigungs-Rücklauf 6 der bekannten Reinigungsanlage 1* sich einstellende und bereits vorstehend beschriebene beispielhafte, qualitative Temperatur T-Zeit t-Verlauf (T = f(t)) sehr vereinfacht dargestellt, wenn die hintereinandergeschalteten Reinigungsstufen der Variante
(b) VW-L-ZW-S-NW
verwirklicht sind. In dem Bereich unterhalb des jeweiligen Temperaturabfalls von T = T2 auf T = T4 der Reinigungsstufe ZW von T = T3 auf T = T4 der Reinigungsstufe NW findet jeweils eine Erwärmung des Zwischenspülwassers ZW bzw. des Nachspülwassers NW auf eine Temperatur oberhalb der vierten Behandlungstemperatur T4, einer Frischwassertemperatur, statt (schräg und senkrecht schraffierte Bereiche). Ein über den Reinigungs-Rücklauf 6 in die Reinigungsanlage 1* eintretendes und solchermaßen erwärmtes Zwischenspülwasser wird im Folgenden mit ZW* und das entsprechende erwärmte Nachspülwasser wird mit NW* bezeichnet.
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Eine Reinigungsanlage 1 nach der Erfindung zeigt 2. Die gegenüber der Reinigungsanlage 1* gemäß dem Stand der Technik (1) vorliegenden Änderungen und Ergänzungen sind in gestrichelter und strichpunktierter Linienführung dargestellt, wobei sich die nachfolgende Beschreibung daher auf die Änderungen und Ergänzungen beschränkt kann. Die Vorlaufleitung 4 ist unterstromig der Vorlaufpumpe 3 über die Sekundärseite eines Wärmeaustauschers 12 geführt. Eine Entleerungsleitung 14, die oberstromig des Wärmeaustauschers 12 an dem Ventilknoten 4b mit einem Ablauf eines ersten Stapelbehälters 2.1* verbindbar ist und die unterstromig des Wärmeaustauschers 12 in dem ersten Ablauf 8 ausmündet, ist über die Primärseite des Wärmeaustauschers 12 geführt.
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Der erste Stapelbehälter 2.1* besitzt entweder die Funktion des ersten Stapelbehälters 2.1 in der bekannten Reinigungsanlage 1* und zusätzlich die Funktion eines Wärmespeicherbehälters oder ist bei Verzicht auf die Reinigungsstufe Vorspülen mit Vorspülwasser VW im erfindungsgemäßen Reinigungsverfahren von vornherein und ausschließlich als Wärmespeicherbehälter konzipiert. Im oberstromigen Abschnitt der Entleerungsleitung 14 ist eine Entleerungspumpe 13 angeordnet. Unterstromig des Wärmeaustauschers 12 ist in der Entleerungsleitung 14 eine dritte Temperatur-Messstelle 20 für die Messung einer Drainage-Temperatur TD und am ersten Stapelbehälter 2.1* ist eine vierte Temperatur-Messstelle 21 zur Messung einer die aktuelle Temperatur der im ersten Stapelbehälter 2.1* bevorrateten Behandlungsflüssigkeiten (Spülwasser W) angeordnet, wobei diese Temperatur nachfolgend als Bevorratungs-Temperatur TT oder als Tank-Temperatur TT bezeichnet wird.
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Die Entleerungsleitung 14 kann sich zwischen der Entleerungspumpe 13 und dem ersten Ablauf 8 in eine Umwälzleitung 14a verzweigen, die wahlweise mit einem Zulauf zum ersten Speicherbehälter 2.1* oder einem Kopfraum desselben verbindbar ist. Die Umwälzleitung 14a ist kein notwendiges Merkmal der erfindungsgemäßen Reinigungsanlage, sondern realisiert eine vorteilhafte Ausführungsform derselben.
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Der erste Stapelbehälter 2.1* kann zum Einen im herkömmlichen Sinne weiterhin zur Aufnahme und Speicherung von Spülwasser W dienen, das dann als Vorspülwasser VW Verwendung findet, und zum Anderen erhält er im Rahmen der vorliegenden Erfindung zusätzlich die Funktion eines Wärmespeichertanks bzw. Wärmepuffertanks, wobei sich das in ihm gespeicherte Spülwasser W aus dem vorstehend bereits erwähnten erwärmten Zwischenspülwasser ZW* oder dem erwärmten Nachspülwasser NW*, jeweils behaftet mit der ersten Behandlungstemperatur T1, oder aus einer Mischung aus beiden generiert.
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Es ist zweckmäßig, wenn oberstromig der Entleerungspumpe 13 die Entleerungsleitung 14 wahlweise mit einer in den zweiten Ablauf 8a ausmündenden zweiten Ablassleitung 15 verbindbar ist. Ein weiterer Vorschlag sieht vor, oberstromig der Entleerungspumpe 13 die Entleerungsleitung 14 wahlweise mit einer ersten Zulaufleitung 16 zu verbinden, wobei diese andererseits einen ersten Medium-Zulauf 22 für ein Medium M, das beispielsweise als Medium M1 oder M2 vorliegen kann, aufweist, dem jeweils die Medium-Temperatur TM, TM1 oder TM2 zugeordnet ist. Ein anderer Vorschlag sieht vor, dass an den ersten Stapelbehälter 2.1* eine zweite Zulaufleitung 17 angeschlossen ist, die andererseits einen zweiten Medium-Zulauf 23 für ein wahlweise zuführbares Medium M, das beispielsweise als Medium M1 oder M2 vorliegen kann, dem jeweils wiederum die Medium-Temperatur TM, TM1 oder TM2 zugordnet ist. Zur alternativen Entleerung des ersten Stapelbehälters 2.1* sieht eine andere Ausgestaltung vor, dass eine Überlaufleitung 18 vorgesehen ist, die einerseits am unteren Ende des ersten Stapelbehälters 2.1* angeschlossen ist und andererseits auf der Höhe des maximal zulässigen Füllstandes im ersten Stapelbehälter 2.1* in einen dritten Ablauf 19 ausmündet.
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3 zeigt, wie in der erfindungsgemäßen Reinigungsanlage 1 die bevorzugte Verfahrensvariante des erfindungsgemäßen Reinigungsverfahrens durchgeführt wird. Das Reinigungsverfahren befindet sich in der Reinigungsstufe „Zwischenspülen mit Zwischenspülwasser ZW” oder „Nachspülen mit Nachspülwasser NW”, in beiden Fällen gespeist aus dem kalten Frischwasser FW im vierten Stapelbehälter 2.4. Das für die Prozessanlage über die Vorlaufleitung 4 bereitgestellte kalte Frischwasser FW, das entweder als Zwischenspülwasser ZW oder Nachspülwasser NW fungieren wird, wird vor Eintritt in die Prozessanlage, d. h. bevor es den Reinigungs-Vorlauf 7 verlässt, in einen rekuperativen Wärmeaustausch mit dem im ersten Stapelbehälter 2.1* gespeicherten, erwärmten Zwischenspülwasser ZW* und/oder Nachspülwasser NW*, nachfolgend als Spülwasser W bezeichnet, gebracht. Letzteres strömt dem ersten Stapelbehälter 2.1* über den Reinigungs-Rücklauf 6 zu bzw. ist diesem zugeströmt und wird dort dann gespeichert, wenn die Rücklauf-Temperatur TR größer als die Tank-Temperatur TT bzw. die Bevorratungs-Temperatur TT des im ersten Stapelbehälter 2.1* vorliegenden Spülwassers W ist (TR > TT). Die Temperaturbedingung TR > TT ist der generellen Temperaturbedingung des erfindungsgemäßen Reinigungsverfahrens untergeordnet, die verlangt, dass eine Speicherung nur oberhalb einer Mindesttemperatur Tmin stattfindet (siehe 1a). Wird eine Speicherung nicht zugelassen, dann wird, und dies gilt für alle weiteren Verfahrenszustände, das Spülwasser W über den ersten Ablauf 8 verworfen. Das aktuell im ersten Stapelbehälter 2.1* vorliegende Spülwasser W wird nunmehr von der Entleerungspumpe 13 über die Entleerungsleitung 14 der Primärseite des Wärmeaustauschers 12 zugeführt und im abgekühlten Zustand über den ersten Ablauf 8 verworfen. Das dergestalt erwärmte Frischwasser FW* verlässt die Reinigungsanlage 1 über den Reinigungs-Vorlauf 7 als erwärmtes Zwischenspülwasser ZW* oder Nachspülwasser NW*.
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Nach 4 befindet sich die Reinigungsanlage 1 in einer Reinigungsstufe des erfindungsgemäßen Reinigungsverfahrens, in der durch Spülung der Prozessanlage mit Säure S auf dem Weg über den Reinigungs-Vorlauf 7 das vorhergehende, in der Prozessanlage erwärmte Zwischenspülwasser ZW* aus der Prozessanlage über den Reinigungs-Rücklauf 6 ausgeschoben und dem ersten Stapelbehälter 2.1* zur Speicherung dann zugeführt wird, wenn im Reinigungs-Rücklauf 6 die vorgegebene Mindesttemperatur Tmin überschritten (TR > Tmin) und gleichzeitig die Temperaturbedingungen TR > TT > Tmin erfüllt werden.
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Nach 5 befindet sich die Reinigungsanlage 1 in einer Reinigungsstufe des erfindungsgemäßen Reinigungsverfahrens, in der Frischwasser FW als Zwischen-ZW oder Nachspülwasser NW der Prozessanlage über den Reinigungs-Vorlauf 7 zugeführt wird, sich in der Prozessanlage erwärmt und über den Reinigungs-Rücklauf 6 als erwärmtes Zwischen-ZW* oder Nachspülwasser NW* ausgeschoben und dem ersten Stapelbehälter 2.1* zur Speicherung dann zugeführt wird, wenn im Reinigungs-Rücklauf 6 die vorgegebenen Temperaturbedingungen (TR > TT > Tmin) erfüllt sind, wobei der erste Stapelbehälter 2.1* bei Überschreiten seiner Speicherkapazität eine fluidgängige Verbindung zu dem zweiten Ablauf 8a erhält.
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Nach 6 befindet sich die Reinigungsanlage 1 in einer Reinigungsstufe des erfindungsgemäßen Reinigungsverfahrens, in der kaltes Frischwasser FW als Zwischen- ZW oder Nachspülwasser NW bereitgestellt und der Prozessanlage über den Reinigungs-Vorlauf 7 als erwärmtes Frischwasser FW*, entweder in Gestalt von erwärmtem Zwischen-ZW* oder erwärmtem Nachspülwasser NW*, zugeführt wird, nachdem es sich im Wärmeaustauscher 12 in einem rekuperativen Wärmeaustausch mit einem der Reinigungsanlage 1 von außen zugeführten und im Anschluss an den Wärmeaustausch verworfenen externen Medium M, beispielsweise M1 oder M2, befand. Letzteres wird dann zugeführt, wenn die zugeordnete Medium-Temperatur TM, TM1 oder TM2 die vorgegebenen Temperaturbedingungen (TM > TT > Tmin) erfüllt oder wenn der erste Stapelbehälter 2.1* leer und die Temperaturbedingung TM > Tmin erfüllt ist. Bei dem Medium M kann es sich beispielsweise um einen Warmbrüden aus einer Eindampfanlage M1 oder um ein Permeat aus einer Filtration M2 handeln. Das über den Reinigungs-Rücklauf 6 der Reinigungsanlage 1 zuströmende erwärmte Zwischen-ZW* oder Nachspülwasser NM* kann entweder über den ersten Ablauf 8 verworfen oder unter den vorgegebenen Temperaturbedingungen (TR > TT > Tmin) im ersten Speicherbehälter 2.1* gespeichert werden.
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Nach 7 befindet sich die Reinigungsanlage 1 in einer Reinigungsstufe des erfindungsgemäßen Reinigungsverfahrens, in der kaltes Frischwasser FW als Zwischen- ZW oder Nachspülwasser NW der Prozessanlage über den Reinigungs-Vorlauf 7 zugeführt und in den ersten Stapelbehälter 2.1* ein der Reinigungsanlage von außen zugeführtes externes Medium M, beispielsweise M1 oder M2, eingeleitet wird, wenn die zugeordnete Medium-Temperatur TM, TM1 oder TM2 die vorgegebenen Temperaturbedingungen (TM > TT > Tmin) erfüllt. Das über den Reinigungs-Rücklauf 6 der Reinigungsanlage 1 zuströmende erwärmte Zwischen-ZW* oder Nachspülwasser NM* kann entweder über den ersten Ablauf 8 verworfen oder unter den vorgegebenen Temperaturbedingungen (TR > TT > Tmin) im ersten Speicherbehälter 2.1* gespeichert werden.
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Nach 8 befindet sich die Reinigungsanlage 1 in einem Betriebszyklus des erfindungsgemäßen Reinigungsverfahrens, in dem das Zwischen- und Nachspülwasser ZW*, NW* im ersten Stapelbehälter 2.1*, das Spülwasser W, über die Entleerungsleitung 14 und die Umwälzleitung 14a mit Hilfe der Entleerungspumpe 13 im Kreislauf umgewälzt und dabei zumindest im ersten Speicherbehälter 2.1* durchmischt werden. Dadurch wird eine Temperaturschichtung im ersten Speicherbehälter 2.1* verhindert. Bei einer Temperaturschichtung würde ansonsten stets kälteres Spülwasser W am Boden des ersten Speicherbehälters 2.1* entnommen werden, während in diesem wärmeres in den darüber liegenden Bereichen verbliebe.
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Bezugszeichenliste
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Fig. 1, Fig. 1a (Stand der Technik)
- 1*
- Reinigungsanlage (Stand der Technik)
- 2
- Stapelbehälter
- 2.1
- erster Stapelbehälter (für erste Behandlungsflüssigkeit, Spülwasser W; z. B. Vorspülwasser VW,
- 2.2
- zweiter Stapelbehälter (für zweite Behandlungsflüssigkeit, z. B. Lauge L)
- 2.2
- dritter Stapelbehälter (für dritte Behandlungsflüssigkeit, z. B. Säure S)
- 2.4
- vierter Stapelbehälter (für vierte Behandlungsflüssigkeit, Frischwasser FW; z. B. Zwischenspülwasser ZW oder Nachspülwasser NW)
- 3
- Vorlaufpumpe
- 4
- Vorlaufleitung
- 4a
- erste Ablassleitung
- 4b
- Ventilknoten
- 5
- Rücklaufleitung
- 6
- Reinigungs-Rücklauf
- 7
- Reinigungs-Vorlauf
- 8
- erster Ablauf (erster Gully)
- 8a
- zweiter Ablauf (zweiter Gully)
- 9
- erste Temperatur-Messstelle (für Vorlauf-Temperatur TV)
- 10
- zweite Temperatur-Messstelle (für Rücklauf-Temperatur TR)
- 11
- Leitwert-Messstelle
- FW
- Frischwasser
- L
- Lauge
- S
- Säure
- VW
- Vorspülwasser (Wasserspülung, am Anfang stehend)
- ZW
- Zwischenspülwasser, kalt (Wasserspülung, in der Mitte stehend)
- ZW*
- Zwischenspülwasser, erwärmt
- NW
- Nachspülwasser, kalt (Wasserspülung, am Ende stehend)
- NW*
- Nachspülwasser, erwärmt
- T
- Temperatur, allgemein
- T1
- erste Behandlungstemperatur (Spülwasser W, z. B. Vorspülwasser VW)
- T2
- zweite Behandlungstemperatur (Lauge L)
- T3
- dritte Behandlungstemperatur (Säure S)
- T4
- vierte Behandlungstemperatur (Frischwasser FW)
- TR
- Rücklauf-Temperatur
- TV
- Vorlauf-Temperatur
- t
- Zeit
Fig. 2 bis Fig. 8 - 1
- Reinigungsanlage
- 2.1*
- erster Stapelbehälter oder (alternativ) Wärmespeicherbehälter (für erste Behandlungsflüssigkeit, Spülwasser W; z. B. Vorspülwasser VW, oder alternativ für die Speicherung von erwärmtem Zwischenspülwasser ZW* und Nachspülwasser NW* oder Medium M, M1, M2)
- 12
- Wärmeaustauscher
- 13
- Entleerungspumpe
- 14
- Entleerungsleitung
- 14a
- Umwälzleitung
- 15
- zweite Ablassleitung
- 16
- erste Zulaufleitung
- 17
- zweite Zulaufleitung
- 18
- Überlaufleitung
- 19
- dritter Ablauf (dritter Gully)
- 20
- dritte Temperatur-Messstelle (für Drainage-Temperatur TD)
- 21
- vierte Temperatur-Messstelle (für Tank-Temperatur TT)
- 22
- erster Medium-Zulauf
- 23
- zweiter Medium-Zulauf
- M
- Medium (externes Wärmeträgermedium, allgemein; z. B. warmes Kondensat)
- M1
- erstes Medium (z. B. Warmbrüden aus einer Eindampfanlage)
- M2
- zweites Medium (z. B. Permeat aus einer Filtration)
- TD
- Drainage-Temperatur
- TM
- Medium-Temperatur, allgemein
- TM1
- erste Medium-Temperatur
- TM2
- zweite Medium-Temperatur
- TT
- Tank-Temperatur oder Bevorratungs-Temperatur
- W
- Spülwasser
