DE102016205573B3

DE102016205573B3 - Verfahren zur Durchführung eines Reinigungsvorgangs in einem Tankbehälter

Info

Publication number: DE102016205573B3
Application number: DE102016205573.9A
Authority: DE
Inventors: Walter Reichart; Ralf Kriesen; Lorenz Halbinger
Original assignee: IFM Electronic GmbH
Current assignee: IFM Electronic GmbH
Priority date: 2016-04-05
Filing date: 2016-04-05
Publication date: 2017-02-16
Anticipated expiration: 2036-04-06
Also published as: US20170282225A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Zeitsteuerung eines automatisierten Reinigungsvorgangs in einem Tankbehälter (1), wobei während des Reinigungsvorgangs Reinigungsflüssigkeit (5) auf die Innenwandung (1a) des Tankbehälters mittels eines Sprühkopfes (2) gesprüht wird. Erfindungsgemäß sind folgende Verfahrensschritte vorgesehen: – Erfassen des Wärmeabtrags eines Heizelementes (3), das im Ablaufbereich der Reinigungsflüssigkeit (5) angeordnet ist; – Kontinuierliche Ermittlung des Zustandswertes der Reinigungsflüssigkeit (5) im Hinblick auf die beiden Variablen Verschmutzungsgrad und Sprührate über dem Wärmeabtrag; – Vergleich des Zustandswertes der Reinigungsflüssigkeit (5) bei einem quasistationären Zustand mit einem Sollzustandswert, wobei der Sollzustandswert bei einem Initialisierungs-Reinigungsvorgang gewonnen wurde, bei dem die Innenwandung (1a) unverschmutzt war und die Ausflussrate der Reinigungsflüssigkeit (5) aus dem Sprühkopf (2) eine Sollrate aufwies; – Beenden des Reinigungsvorgangs, wenn der aktuelle Zustandswert sich vom Sollzustandswert nur um weniger als einem Vorgabewert unterscheidet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Durchführung eines Reinigungsvorgangs in einem Tankbehälter.
Prozess- und Lagertanks gehören zu den unmittelbaren Bestandteilen einer modernen Prozessanlage. Die Reinigung dieser Tanks und Behälter ist hierbei eine zentrale und bedeutsame Aufgabe, insbesondere wenn es sich um Anlagen in der Lebensmittel- oder Pharmaindustrie handelt. Typischerweise erfolgt die Reinigung, besonders bei letztgenannten Anwendungsgebieten, durch erhitzte säure- oder laugenhaltige Reinigungsflüssigkeiten, die auf die Innenwandung des Tankbehälters mittels eines Sprühkopfes aufgebracht wird.
Moderne Tankanlagen sind inzwischen überwiegend hermetisch zur Außenwelt hin abgeschlossen, so dass während des Betriebs keinerlei Möglichkeit einer regelmäßigen Inspektion besteht, ob die Reinigung im Inneren der Tanks vollständig und gründlich erfolgt ist. Üblich ist, den Reinigungsvorgang über eine Zeitsteuerung nach empirischen Vorgaben durchzuführen.
Als Stand der Technik wird die EP 1 882 914 A2 genannt, in der die Reinigung von verfahrenstechnischen Behältern, Kesseln oder Tanks beschreiben ist. Die Überwachung dieses Reinigungsvorgangs ist sensorgesteuert. Ein Sensor zum Erfassen des Wärmeabtrags eines Heizelements ist beispielsweise aus der DE 10 2013 209 951 A1 bekannt.
Es kann jedoch nicht immer sichergestellt werden, dass die Reinigungsflüssigkeit auch an schwer zu reinigende Stellen gelangt ist, bspw. wenn einzelne Düsen des Sprühkopfes, mit dem die Reinigungsflüssigkeit im Tank verteilt wird, verstopft sind. Darüber hinaus stellt der Energieeinsatz in Verbindung mit den benötigten Reinigungschemikalien einen wesentlichen Kostenfaktor dar.
Nicht zuletzt sollte der Reinigungsprozess auch nicht länger dauern, als es sein muss, denn während der Reinigung ist die Verfügbarkeit der Tankanlage nicht gegeben, also der Produktionsprozess als solches beeinträchtigt.
Aufgabe der Erfindung ist es, den Reinigungsvorgang mit geringem Aufwand automatisiert durchzuführen und diesen dabei so effektiv und effizient wie möglich zu gestalten.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Erfindungsgemäß wird die gleichmäßige Verteilung der Reinigungsflüssigkeit sowie deren Verschmutzungsgrad mit Hilfe einer kalorimetrischen Strömungsmessung überwacht. Hierzu wird ein Heizelement im Ablaufbereich der Reinigungsflüssigkeit angeordnet, wobei der Ablaufbereich derjenige Bereich ist, in dem die Reinigungsflüssigkeit nach dem Aufsprühen auf der Tankinnenwandung herabläuft. Wenn der gesamte Tankinnenraum gereinigt werden soll, erstreckt sich der Ablaufbereich folglich auf die gesamte Oberfläche der Tankinnenwandung. Vor allem ist das Heizelement an den Stellen im Tank zu positionieren, die empirischen Erfahrungswerten zufolge allgemein schwer zu reinigen sind.
Nachdem der Reinigungsvorgang gestartet wurde, misst das Heizelement permanent seinen Wärmeabtrag, bspw. indem die elektrische Leistung erfasst wird, die nötig ist, um das Heizelement auf einer vorgegebenen, konstanten Temperatur zu halten. Der Wärmeabtrag wird dabei unmittelbar beeinflusst durch die Art und die Zusammensetzung des abfließenden Mediums. Wenn z.B. der Sprühkopf defekt ist, weil er (teilweise) verstopft ist, fließt keine oder eine zu geringe Menge Reinigungsflüssigkeit über das Heizelement, so dass daraus ein geringerer Wärmeabtrag resultiert als wenn Reinigungsflüssigkeit in ausreichender Menge vorhanden wäre. Auch erzeugt eine Reinigungsflüssigkeit, die mit Verschmutzung konfrontiert ist, einen anderen Wärmeabtrag als wenn die ablaufende Reinigungsflüssigkeit eine saubere Situation vorfindet.
Bei einem Initialisierungs-Reinigungsvorgang mit unverschmutzter Reinigungsflüssigkeit bei einer unverschmutzten Tankinnenwand wird der Sollwert des Wärmeabtrags festgehalten und abgespeichert. Dieser Sollwert wird dann permanent mit dem jeweils vorliegenden Istzustand verglichen. Bei Übereinstimmung von Ist- und Sollwert kann angenommen werden, dass das gerade abfließende Medium mit einer in jeder Hinsicht gründlich gereinigten Situation konfrontiert ist, d.h. keinerlei Rückstände mehr vorliegen.
Mit „Übereinstimmung“ ist hierbei selbstverständlich ein gewisser Toleranzbereich gemeint, der als Vorgabewert definiert wird und um den sich der aktuelle Zustandswert vom Sollzustandswert nicht unterscheiden darf.
Vorteilhafterweise werden mehrere Heizelemente an verschiedenen Stellen der Innenwandung des Tankbehälters positioniert, insbesondere auch dort, wo sich die Reinigung allgemein schwieriger gestaltet. Erst wenn alle Heizelemente den vorgegebenen Wärmeabtrag messen, wird der Reinigungsprozess beendet.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.
In 1 ist sehr schematisch ein Tankbehälter 1 abgebildet, wie er insbesondere in der Lebensmittelindustrie typischerweise eingesetzt wird. Häufig sind diese Tankbehälter 1 aus Edelstahl hergestellt.
Der Tankbehälter 1 ist im ungefüllten Zustand dargestellt; ein zuvor enthaltenes Medium wurde über den Abfluss 1b entnommen. Angedeutet durch die etwas dickere Strichstärke ist jedoch eine Ablagerung an der Innenwandung 1a, da der Tankbehälter 1 meist nicht rückstandsfrei geleert werden kann. Bei organischen Stoffen besteht nun die Gefahr, dass sich Mikroorganismen bilden. Um dies zu vermeiden müssen die Tankbehälter 1 regelmäßig und nach bestimmten Vorgaben gereinigt werden.
Eine typische Reinigung sieht vor, dass die Innenwand 1a zunächst mit einer ca. 60°C heißen säure- oder laugenhaltigen Reinigungsflüssigkeit besprüht und dann, nachdem alle Reste und Verschmutzungen entfernt wurden, mit ca. 5°C kaltem, klarem Wasser nachgespült wird. Die Verteilung der Reinigungsflüssigkeit 5 erfolgt bspw. mittels eines Sprühkopfes 2, wie er in der Figur angedeutet ist. Für die Verteilung der Reinigungsflüssigkeit 5 gibt es eine Vielzahl von Möglichkeiten, bspw. mittels einer Sprühkugel. Es kann jedoch passieren, dass einzelne an der Sprühkugel befindlichen Düsen verstopft sind und deshalb die Reinigungsflüssigkeit 5 nicht gleichmäßig verteilt wird. Entsprechend wird dann möglicherweise die Innenwandung 1a nicht gleichmäßig besprüht bzw. einzelne Stellen werden unter Umständen gar nicht besprüht, womit sich auch der Reinigungserfolg nicht einstellt.
Erfindungsgemäß befindet sich nun in oder an der Innenwand 1a zumindest ein Heizelement 3. Idealerweise werden mehrere dieser Heizelemente 3 an verschiedenen Stellen in oder an der Innenwand 1a positioniert, um das Vorhandensein der Reinigungsflüssigkeit überall an der Innenwand 1a sicherzustellen. In der Figur sind die Heizelemente 3 stark schematisiert als schwarze Kästchen dargestellt, wobei es dabei lediglich um deren grundsätzliche Positionierung und weniger um deren konkrete Ausgestaltung geht. Die Heizelemente 3 können nämlich überstehend oder bündig in die Wandung 1a eingelassen sein oder auch in diese integriert sein, so dass das Heizelement 3 sozusagen durch die die Wandung 1a „durchsieht“.
Das Heizelement 3 wird auf eine bestimmte Übertemperatur erwärmt. Die dafür benötigte elektrische Leistung wird erfasst. Abhängig von dem Medium, das die Innenwandung 1a herabfließt, bzw. dessen Zusammensetzung, wird das Heizelement 3 unterschiedlich beeinflusst, indem sich ein jeweils anderer Wärmeabtrag einstellt. Erfasst werden diese Unterschiede durch eine variierende elektrische Leistung, die nötig ist, um die konstante Übertemperatur einzustellen. Entscheidendes Kriterium hierfür ist der sich abhängig von der Zusammensetzung des Mediums ändernde Temperaturkoeffizient.
Jedes Heizelement 3 ist jeweils mit einer nicht näher gezeigten Steuer- und Auswerteeinheit verbunden, die zum einen die Regelung der konstanten Übertemperatur vornimmt und des Weiteren auch den gemessenen Wärmeabtrag mit einem Sollwert vergleicht. Dieser Sollwert wird bei einem Initialisierungs-Reinigungsvorgang mit einer sauberen, d.h. unverschmutzten Reinigungsflüssigkeit ermittelt und in der Steuer- und Auswerteeinheit gespeichert.
Eine weitere Funktion der Steuer- und Auswerteeinheit ist die Überwachung des Reinigungsprozesses. Bei Übereinstimmung des gerade gemessenen Istwerts mit dem hinterlegten Sollwerts, d.h. wenn der aktuelle Zustandswert sich vom Sollzustandswert nur um weniger als einem Vorgabewert unterscheidet, wird der Reinigungsvorgang beendet.

Claims

Verfahren zur Zeitsteuerung eines automatisierten Reinigungsvorgangs in einem Tankbehälter (1), wobei während des Reinigungsvorgangs Reinigungsflüssigkeit (5) auf die Innenwandung (1a) des Tankbehälters mittels eines Sprühkopfes (2) gesprüht wird, aufweisend folgende Verfahrensschritte: – Erfassen des Wärmeabtrags eines Heizelementes (3), das im Ablaufbereich der Reinigungsflüssigkeit (5) angeordnet ist; – Kontinuierliche Ermittlung des Zustandswertes der Reinigungsflüssigkeit (5) im Hinblick auf die beiden Variablen Verschmutzungsgrad und Sprührate über dem Wärmeabtrag; – Vergleich des Zustandswertes der Reinigungsflüssigkeit (5) bei einem quasistationären Zustand mit einem Sollzustandswert, wobei der Sollzustandswert bei einem Initialisierungs-Reinigungsvorgang gewonnen wurde, bei dem die Innenwandung (1a) unverschmutzt war und die Ausflussrate der Reinigungsflüssigkeit (5) aus dem Sprühkopf (2) eine Sollrate aufwies; – Beenden des Reinigungsvorgangs, wenn der aktuelle Zustandswert sich vom Sollzustandswert nur um weniger als einem Vorgabewert unterscheidet.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Heizelemente (3) an der Innenwandung (1a) des Tankbehälters (1) angeordnet sind und der Reinigungsvorgang erst beendet ist, wenn sich bei jedem einzelnen Heizelement (3) der jeweilige aktuelle Zustandswert vom Sollzustandswert nur um weniger als dem Vorgabewert unterscheidet.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Reinigung mittels eines in den Tankbehälter (1) hineinragenden Sprühkopf (2) erfolgt.