halbiert sich. In real (auf einem einzigen
Gestell) ausgeführten Plattenapparaten
werden Erhitzer- und Kühlabteil
von hydraulischen und nicht von thermodynamischen
Gesichtspunkten
bestimmt, sodass diese unverändert
bleiben, wenn die Auslegungstemperaturdifferenz
der Rekuperation im üblichen
Rahmen verändert wird, d. h. die
ausgewiesene „Flächenreserve“ wird
dadurch vergrößert. Eine Temperaturdifferenz
der Rekuperation von 3 K ist
auslegungstechnisch und von den Investitionskosten
her leicht vertretbar.
Wenn statt 3 K hier 4 K gewählt werden,
würde der thermische Leistungsbedarf
um 11 kW (pro 100 hl/h) erhöht werden.
Die Rekuperationsabteilung des
Plattenapparates würde aber über ein
Viertel kleiner. Da die Druckverluste
üblicherweise unabhängig von der
thermodynamischen Auslegung nahezu
konstant bleiben, gibt es bei diesen
Änderungen eine Hebelwirkung, d. h.
die Auswirkungen der Veränderungen
auf Fläche (und Volumen) sind entsprechend
größer. In diesem Beispiel müsste
die KZE mindestens zwei Stunden
betrieben werden, um die größeren
Verluste, die durch das größere Volumen
der Rekuperation bei einer Temperaturdifferenz
von 3 K gegenüber
4 K entstehen, zu kompensieren.
Fazit
Hauptschwachpunkte bei bestehenden
Anlagen sind der häufig zu große,
schlecht durchströmte und ungedämmte
Heißhalter sowie Erhitzer und
Kühler, die sich mit der Rekuperation
das Gestell teilen müssen und deshalb
nach hydraulischen statt thermodynadie
Nennheißhaltezeit und die vorgesehenen
Pasteurisationseinheiten im
Lastenheft aufgeführt.
Wenn bei einer fertigen Auslegung
die Fläche verdoppelt wird und alle
anderen Parameter idealisiert unverändert
bleiben, verdoppeln sich auch
der Druckverlust und das Füllvolumen
und die Temperaturdifferenz halbiert
sich. In der Regel wird man aber versuchen,
den Druckverlust neben dem
Soll-Durchfluss nicht zu verändern;
dadurch verändern sich Fläche und
Füllvolumen überproportional zur
Temperaturdifferenz.
Die Mischzone entspricht etwa 20 Prozent
des Füllvolumens (inkl. Heißhalter).
Eine Vergrößerung der Rekuperation
vergrößert die Mischmenge und
somit die Kosten beim An-/Abfahren,
Produktwechsel sowie bei der Reinigung.
Thermische Verluste, die insbesondere
durch das Aufheizen und
Abkühlen des Edelstahls entstehen,
werden durch die Größenänderung der
Rekuperation zwar beeinflusst. Diese
können jedoch bei wirtschaftlichen
Betrachtungen zur Vereinfachung außer
Acht gelassen werden.
Nachfolgend wird ein Beispiel
mit einfachen, typischen
Zahlen aufgeführt:
Wenn die Heißhaltezeit im hier aufgeführten
Beispiel von 30 auf 15 Sekunden
halbiert wird, steigt die Pasteurisationstemperatur
von 72,35 °C
auf 74,44 °C an, das Volumen in der Rekuperation
vergrößert sich um knapp
drei Prozent und das des Heißhalters
misch-wirtschaftlichen Gesichtspunkten
ausgelegt werden. Für die Rekuperation
ist der Plattenwärmeübertrager
noch immer die kostengünstigste
Wahl. Als Erhitzer oder Kühler ist der
PWÜ auf dem Gestell der Rekuperation
meist nicht konkurrenzfähig und wird
aus unbekannten Gründen scheinbar
sorglos eingesetzt. Ein mit Dampf direkt
beheizter Erhitzer hat nur Vorteile,
wenn er richtig und groß genug gestaltet
wird. Da im Mantel ein Druck deutlich
unterhalb des atmosphärischen
Drucks herrscht, sind Kondensatabführung
und Entlüftung entsprechend
anzupassen. Falls ein Kühler benötigt
wird, wäre ein NH3-betriebener Röhrenwärmeübertrager
die energiegünstigste
und wirtschaftlichste Wahl. Der
Regelbereich der KZE sollte nicht unnötig
groß gewählt werden. Kurze Heißhaltezeiten
mit entsprechend höheren
Temperaturen bieten Vorteile. Ein Plattenpaket
als Heißhalter zu verwenden,
erfreut primär den Lieferanten des Plattenapparates.
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