Pasteurisierung von Saftkonzentrat mit einem Viertel weniger Energieverbrauch

Wärmetauscher und Förderpumpe richtig kombinieren

Der gedichtete Plattenwärmetauscher Frontline schont das Produkt und erfüllt höchste Hygieneanforderungen

Bei der Lebensmittelverarbeitung vermindert eine hohe Produktviskosität den Wirkungsgrad von Pumpen und Wärmetauschern, was den Durchsatz reduziert. Das gilt zum Beispiel für die Pasteurisierung von dickflüssigem Orangensaftkonzentrat. Gegensteuern lässt sich mit dem gleichzeitigen Einsatz eines leistungsstarken Plattenwärmetauschers und einer Drehkolben-Förderpumpe. Verglichen mit konventionellen Lösungen sinkt der Energieverbrauch um bis zu ein Viertel.

Um die finanziellen Auswirkungen von GPHE und dem jeweiligen Pumpentyp bei der Saftpasteurisierung zu ermitteln, untersuchte ein Forschungsteam von Alfa Laval über einen Zeitraum von zehn Jahren den Einfluss dieser Komponenten auf die Betriebskosten in einer typischen Saftverarbeitungsanlage. Die Experten verglichen den Energieverbrauch von vier verschiedenen Pasteurisierungslinien. Getestet wurden Plattenwärmetauscher (Niederdruck- und Hochdruckdichtungsausführungen) in wechselnden Kombinationen mit Förderpumpen (Zentrifugal- und Drehkolbenausführungen). Die Auswahl der Pumpengröße war so konzipiert, dass die bestmögliche Anordnung sowohl für den Pasteurisierungsprozess als auch für die Reinigung vor Ort (CIP – Cleaning in Place) erreicht wurde.

GPHE mit hohem Druckverlust spart Energie

Das Ergebnis: Über einen Zeitraum von zehn Jahren reduzierte ein für hohen Druckverlust ausgelegter GPHE die Gesamtbetriebskosten um mehr als 20 Prozent im Vergleich zum Referenz-GPHE-Design mit niedrigem Druckverlust. Der Return on Investment wurde so innerhalb weniger Monate realisiert. Ein weiterer Vorteil der Wahl eines GPHE-Designs mit hohem Druckverlust: eine 50-prozentige Reduzierung des CIP-Durchflusses von 40 m³/h auf 20 m³/h. Dies senkt die Reinigungskosten und minimiert die Umweltbelastung durch Wasser und chemische Abwässer.

Bei der Auswahl einer GPHE-Ausführung mit niedrigem Druckverlust bringt der Einsatz einer Drehkolbenpumpe keine spürbaren Vorteile gegenüber der Verwendung einer Kreiselpumpe; die Gesamtbetriebskosten über einen Zeitraum von zehn Jahren sind ähnlich. Die Wahl eines hohen Druckabfall-GPHE-Designs hingegen führt zu einer zusätzlichen Senkung der Gesamtbetriebskosten um 1,5 Prozent. Darüber hinaus erhöht der Einsatz einer Drehkolbenpumpe die Vielseitigkeit der Anlage und erleichtert die Handhabung von zähflüssigen Saftarten wie Nektaren, ohne die Durchflussmenge zu verringern oder den Energieverbrauch zu erhöhen. Obwohl sich Kreiselpumpen während des CIP-Betriebs als energieeffizienter erwiesen, sind die Einsparungen im Vergleich zur Drehkolbenpumpen während des Pasteurisierungsprozesses marginal. Im Lauf von zehn Betriebsjahren der Förderpumpe überwog die Zeit für den CIP-Betrieb deutlich.

Förderpumpe und Wärmetauscher richtig kombiniert

Durch die Wahl der richtigen Kombination aus energieeffizientem Plattenwärmetauscher und Pumpe ist es möglich, bereits im ersten Betriebsjahr eine Amortisierung zu realisieren. Dazu müssen die eingesetzten Geräte jedoch außergewöhnlich leistungsstark sein und einen einwandfreien Betrieb gewährleisten. Dank einer sehr robusten Konstruktion können die serienmäßigen Alfa Laval SRU Drehkolbenpumpen mit einem Druck von bis zu 10 bar betrieben werden. Auf Anfrage werden die Pumpen auch für die Förderung mit 20 bar Druck ausgelegt.

Die sehr geringe Toleranz zwischen Rotor und Stator minimiert den Schlupf bei hohem Druck und sorgt für einen hohen Pumpenwirkungsgrad. Dies ermöglicht den Einsatz einer kleineren Pumpe und reduziert die Investitionskosten. Auch die Umwelt profitiert, weil die Anlage über ihre gesamte Lebensdauer Abwässer und Kohlendioxidemissionen minimiert. Die Untersuchung von Orangensaftkonzentrat in der hier vorgestellten Pasteurisierung lässt sich auf andere Arten von mittelviskosen Lebensmittelzubereitungen im Bereich von 100 bis 1000 cP hochrechnen. Dazu gehören Cremes, Toppings, Molkenproteinlösungen oder andere Extrakte.

Gastbeitrag von Murat Boztepe, Business Development Manager Getränkeindustrie bei Alfa Laval Mid Europe