DE4312080A1 - Verfahren und Dosiereinrichtung zur Durchflußmassedosierung von flüssigen Komponenten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Dosiereinrichtung zur Durchflußmassedosierung von flüssigen Komponenten eines herzustellenden Gemisches mit nachfolgender Reinigung.

Zur Reinigung kommt das CIP-Verfahren zur Anwendung. Die Erfindung ist vorgesehen für die automatisierte Dosierung von flüssigen Bestandteilen bei der Herstellung von Spirituosen. Andere Einsatzfälle in der Lebensmittelindustrie sind naheliegend.

Es ist gleichermaßen in der chemischen Industrie oder in der Landwirtschaft anwendbar, wo Flüssigkeitsgemische nach Masseverhältnissen hergestellt werden müssen.

Massedosieranlagen mit linienförmig angeordneten Zuführeinrichtungen sind bekannt und in der Praxis im Einsatz. Diese Anlagen arbeiten mit drucklosen, nicht vakuumbeständigen Behältern. Sie haben unterschiedliche Nachlaufmengen, abhängig von der Einspeisestelle und vom Füllungsgrad der Zuführrohrleitung, was sich nachteilig auf die Genauigkeit auswirkt. Ein Betrieb unter Vakuum bzw. Schutzgasbeaufschlagung ist nicht möglich. Durch die Zutrittsmöglichkeit von Luftsauerstoff ist die Gefahr der Qualitätsbeeinträchtigung ständig gegeben.

Man war daher bemüht, diese Nachteile zu beseitigen. In DD 2 70 606 wird ein Verfahren nebst Vorrichtung zur Massedosierung und Mischung von flüssigen Komponenten der Lebensmittelindustrie vorgeschlagen, das mit den vorgenannten Nachteilen nicht mehr behaftet ist.

Die Einzelkomponenten werden mehreren Wägebehältern und einem Wäge/Ausmischbehälter unter gleichen Nachlaufbedingungen je Behälter zugeführt und im Wäge/Ausmischbehälter gemischt. Die Reinigung der Rohrleitungen und Behälter erfolgt im Durchlaufverfahren ohne daß Luftsauerstoff hinzutreten kann. Umfüllvorgänge finden unter Schutzgasatmosphäre statt. Vorrichtungsmäßig sind zwei druck- und vakuumfeste Wägebehälter mit den dazugehörigen Zulaufleitungen notwendig. Die Zuführungsleitungen für die einzelnen Komponenten müssen so beschaffen sein, daß gleiche Volumina garantiert sind. Die vorgeschlagene Lösung beseitigt zwar die vorgenannten Nachteile; Das muß jedoch mit einen hohen apparativen Aufwand erkauft werden.

Die Apparatur muß zweistufig gereinigt werden, zum einen die Zuführleitungen nach Zusammenschluß und Durchlauf, zum anderen die Behälter in Parallel- bzw. Folgeschaltung. Die Umschaltvorgänge sind relativ aufwendig. Die Abstimmung der Teilströme bei der Behälterreinigung ist problematisch.

Außerdem sind Massedosiereinrichtungen mit kreisförmig angeordneten Zuführeinrichtungen bekannt und in der Praxis im Einsatz. Diese Einrichtungen arbeiten mit einem Vorbehälter vor dem Corioliskraftmeßgerät und mit mehreren Entlüftungseinrichtungen im Komponentenweg. Durch diese und durch erhebliche Querschnittsveränderungen im Komponentenweg ist der Reinigungsvorgang beeinträchtigt.

Daher soll ein Dosierverfahren entwickelt werden, das das Dosieren von Flüssigkeitskomponenten zum Zwecke des nachfolgenden Herstellens eines Flüssigkeitsgemisches und das anschließende Reinigen mittels weniger Verfahrensschritte wirtschaftlich ermöglicht. Dazu ist eine Vorrichtung zu entwickeln, die sich durch effektive und flexible Fahrweise, leichte Bedienbarkeit und gute Voraussetzungen hinsichtlich Reinhaltung und Hygiene auszeichnet.

Ausgehend von den Nachteilen des Standes der Technik ergeben sich für die Erfindung folgende Aufgabenstellungen:

• - Die Flüssigkeitskomponenten sollen genau nach Masseanteilen dosiert werden zwecks nachfolgender Verarbeitung zu einem Flüssigkeitsgemisch;
• - Die Komponenten sollen hochgenau und verlustarm dosierbar sein;
• - Die Nachlaufmengen sind gleich und möglichst gering zu halten;
• - Die Förderwege sollen möglichst kurz ausgeführt werden;
• - Die Reinigung soll alternativ nach jedem Dosiervorgang bzw. nach der letzten Dosierung erfolgen;
• - Zur Reinigung soll das CIP-Verfahren zum Einsatz kommen;
• - Der apparative Aufwand zur Verfahrensdurchführung soll minimiert werden.

Erfindungsgemäß werden pumpfähige flüssige Komponenten eines Gemisches einem Massendurchflußmeßgerät jeweils nacheinander zugeführt. Dazu dient eine Dosiereinrichtung, auf deren Aufbau im folgenden eingegangen wird.

Nach dem Passieren des Massendurchflußmeßgerätes erreichen die Flüssigkeitskomponenten einen Mischer zur weiteren Verarbeitung. Die Reinigung der flüssigkeitsberührten Rohrflächen erfolgt im CIP-Verfahren wahlweise nach jedem Dosiervorgang bzw. nach Prozeßende.

Vorrichtungsseitig besteht die erfindungsgemäße Dosiereinrichtung aus den Hauptbaugruppen Füllstandsmeßgeräte, Zuführrohr, senkrechtem Dosierrohr mit Komponentenanschlüssen, Spanngasanschluß, Abgasstutzen und einer Reihe von Ventilen.

Ein an seiner Ausgangsseite mit einem Druckhalteventil und einem Füllstandsmeßgerät versehenes Corioliskraftmeßgerät ist in der Weise installiert, daß seine Ausgangsseite höher liegt als sein Eingang. Letzterer ist mit einem schräg nach unten gerichteten Zuführrohr verbunden, in das ein Vorventil und ein Feinstromventil eingesetzt sind. An das Zuführrohr schließt sich ein vertikales Dosierrohr an. Dieses ist durch Etagenventile in eine definierte Anzahl von Etagen geteilt. In den Etagen sind die Komponentenanschlüsse, versehen mit angetriebenen Komponentenventilen eingeführt.

Am oberen Ende des Dosierrohres befinden sich ein weiteres Füllstandsmeßgerät sowie ein Spanngasanschluß, gleichfalls Abgasstutzen mit zwischengeschalteter Drossel mit Absperrventil. Der Abgasstutzen wird im Reinigungsfall vollständig geöffnet. Zuvor ist eine Verbindung mit einem Reinigungsstutzen, der sich in der Nähe des Feinstromventils im Zuführrohr bzw. im Dosierrohr befindet, herzustellen.

Der Dosiervorgang, wie auch das Reinigen, laufen prozeßgesteuert automatisch ab, entweder für eine gesamte Charche von Komponenten oder im Schrittbetrieb für jede Komponente einzeln. Voraussetzungen für die Durchführung des Dosierbetriebes sind:

• - Die Komponenten müssen der Dosiereinrichtung mit Pumpen oder durch Spanngasdruck zugeführt werden;
• - Die Komponentenventile bleiben geschlossen.
• - Am Spanngasanschluß liegt Spanngas an. Das Dosierrohr ist mit Spanngas gefüllt.
• - Alle Ventile der Dosiereinrichtung sind geschlossen.

In einem ersten Schritt wird das Dosierrohr durch Öffnen des Spanngasventils auf Betriebsdruck gebracht. Die Druckhöhe ist einstellbar. Danach wird das Spanngasventil wieder geschlossen. Nachfolgend wird eines der Komponentenventile geöffnet. Die entsprechende Komponente strömt von oben nach unten in das unter Gegendruck stehende Dosierrohr ein. Im Zusammenwirken zwischen Komponentenventil und den im Abgasrohr befindlichen Absperrventil nebst Drossel wird das Spanngas bis auf ein Restvolumen aus der Dosiereinrichtung entfernt. Das Komponentenventil schließt. Nachfolgend wird das Dosierrohr durch Öffnen des Vorventils vom Gegendruck entlastet. Dabei füllt sich das Corioliskraftmeßgerät mit der anstehenden Komponente. Nach kurzer Ruhezeit wird der Meßvorgang durch Öffnen des entsprechenden Komponentenventils und zeitverzögertes Öffnen des Feinstromventils eingeleitet und so lange durchgeführt, bis der vorgegebene Masseanteil (Sollwert) der Komponente am Flüssigkeitsgemisch erreicht ist. Während des Meßvorganges ist das Dosierrohr immer gleichbleibend gefüllt.

Vor Erreichen des Sollwertes wird zunächst das Feinstromventil und nach einer Zeitverzögerung das entsprechende Komponentenventil geschlossen. Nachfolgend wird der im Dosierrohr verbliebene Rest der Komponente mittels Spanngasdruck ohne Meßvorgang durch das Corioliskraftmeßgerät ausgepreßt. Das Mischungsverhältnis wird dadurch nicht beeinflußt, da dieser Rest für alle Komponenten definiert ist und der Wert über das Computerprogramm zugeschlagen wird.

Der Vorgang wiederholt sich nunmehr für alle weiteren Komponenten des Flüssigkeitsgemisches.

Nach Prozeßende oder auch nach Passieren jeder einzelnen Komponente wird die Dosiereinrichtung bzw. die Gesamtanlage gereinigt.

Die Voraussetzungen zur CIP-Reinigung sind gegeben. Die Nutzung einer CIP-Station ist jedoch nicht zwingend erforderlich. Mindestvoraussetzung ist, daß die zur Reinigung bestimmten Leitungen linear zusammengeschaltet werden und daß am Beginn das Reinigungsmittel zugeführt und am Schluß abgeleitet wird. Im einfachsten Falle handelt es sich um Wasser, in schwierigeren Reinigungsfällen um Chemikalien, die von einer CIP-Station aus und zu ihr zurück im Kreislauf durch die Leitungen gefördert werden. Bei Verwendung von Chemikalien ist grundsätzlich das gesamte Rohrleitungsnetz zu reinigen, um unkontrollierten Übertritt von Reinigungsmittel in nicht zur Reinigung vorgesehene Leitungsabschnitte vorzubeugen.

Am Beispiel der Herstellung einer Spirituose wird die Erfindung näher erläutert. Hierfür wird eine Zeichnung herangezogen, die das Leitungsschema der Dosiereinrichtung aufzeigt.

Die zur Verfahrensdurchführung zwingend erforderliche Dosiereinrichtung ist wie nachfolgend erläutert aufgebaut: Ein Corioliskraftmeßgerät 1 ist so installiert, daß sein Ausgang höher als sein Eingang liegt. An der Ausgangsseite befinden sich ein Druckhalteventil 2 und ein Füllstandsmeßgerät 3. Der Eingang ist mit einem schräg nach unten gerichteten Zuführrohr 4 verbunden, in das ein Vorventil 5 und ein Feinstromventil 6 eingebunden sind.

An das Zuführrohr 4 schließt sich ein vertikales Dosierrohr 7 an. Dieses ist durch Etagenventile 10 in mehrere Etagen geteilt. In die Etagen sind insgesamt neun Komponentenanschlüsse 8 im spitzen Winkel eingesetzt. Vor der Einbindung sind jeweils angetriebene Komponentenventile 9 vorgesehen.

Am oberen Ende des Dosierrohres 7 befinden sich ein weiteres Füllstandsmeßgerät 11 sowie ein Spanngasanschluß 12, darüberhinaus eine Abgasleitung 17, versehenen mit einem Absperrventil 16 und einer Drossel 15.

Die Abgasleitung 17 endet in einem Abgasstutzen 13. Im Reinigungsfall ist dieser vollständig geöffnet und mit einem Reinigungsstutzen 14, der in der Nähe des Feinstromventils 6 in das Dosierrohr 7 mündet, verbunden.

Die Dosiereinrichtung, wie beschrieben, ermöglicht die Verfahrensdurchführung nach Anspruch 1.

Die Komponenten werden dem Corioliskraftmeßgerät 1 mittels der Dosiereinrichtung jeweils nacheinander meßgerätegerecht zugeführt, wie in der Beschreibung der Erfindung ausführlich erläutert. Durch die beschriebene Vorgehensweise wird insbesondere der Anfangs- und Endfehler vermieden. Anschließend werden alle flüssigkeitsberührten Rohr-, Geräte- und Armaturenflächen wahlweise konventionell oder im CIP-Verfahren gereinigt, indem eine Zusammenschaltung zu einem totraumfreien Kreislauf durch Verbinden des Abgasstutzens 13 mit dem Reinigungsstutzen 14 erfolgt. Die Reinigung kann entweder nach jedem Dosiervorgang oder nach Durchlauf aller Komponenten vorgenommen werden.

Bezugszeichenliste

1 Corioliskraftmeßgerät
2 Druckhalteventil
3 Füllstandsmeßgerät
4 Zuführrohr
5 Vorventil
6 Feinstromventil
7 Dosierrohr
8 Komponentenanschluß
9 Komponentenventil
10 Etagenventil
11 Füllstandsmeßgerät
12 Spanngasanschluß
13 Abgasstutzen
14 Reinigungsstutzen
15 Drossel
16 Absperrventil
17 Abgasleitung.

Claims (2)

1. Verfahren und Dosiereinrichtung zur Durchflußmassedosierung von flüssigen Komponenten eines herzustellenden Gemisches, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponenten jeweils nacheinander mittels einer Dosiereinrichtung nach Anspruch 2 meßgerätegerecht, insbesondere zur Vermeidung des Anfangs- und Endfehlers, einem Massedurchflußmeßgerät zugeführt und daß anschließend die flüssigkeitsberührten Rohr-, Geräte- und Armaturenflächen wahlweise manuell oder CIP-gereinigt werden, indem eine Zusammenschaltung zu einem totraumfreien Kreislauf erfolgt, wobei die Reinigung alternativ nach jedem Dosiervorgang bzw. nach Prozeßende erfolgt.

2. Dosiereinrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

• - daß ein Corioliskraftmeßgerät (1) mit ausgangsseitigem Druckhalteventil (2) und ausgangsseitigem Füllstandsmeßgerät (3) in der Weise schräg installiert ist, daß seine Ausgangsseite höher liegt als die Eingangsseite,
• - daß an das Corioliskraftmeßgerät (1) ein Zuführrohr (4) angeschlossen ist, welches schräg nach unten und abgewinkelt nach oben eingebaut und durch ein Vorventil (5) und ein Feinstromventil (6) unterbrochen ist und in einem vertikal angeordnetem Dosierrohr (7) endet,
• - daß das Dosierrohr (7) etagenweise eingesetzte Komponentenanschlüssen (8) aufweist, die jeweils mit angetriebenen Komponentenventilen (9) versehen sind,
• - daß die so gebildeten Etagen im Dosierrohr (7) durch Etagenventile (10) getrennt sind,
• - daß das Dosierrohr (7) an seinem oberen Ende ein Füllstandsmeßgerät (11) trägt,
• - daß in das Dosierrohr (7) zwischen dem letzten Komponentenanschluß (8) mit Komponentenventil (9) und dem Füllstandsmeßgerät (11) zum einen ein Spanngasanschluß (12) und zum anderen eine durch ein Absperrventil (16) mit Auf/ZU-Stellung und eine Drossel (15) unterbrochene und an ihrem Ende mit einem Abgasstutzen (13) versehene Abgasleitung (17) eingebunden sind und
• - daß im Reinigungsfall der Abgasstutzen (13) ganz geöffnet und mit einem im Zuführ- bzw. Dosierrohr (4 bzw. 7) in Nähe des Feinstromventils (6) befindlichen Reinigungsstutzen (14) verbunden ist.