Neue Lösungen für erhöhte Anlagenverfügbarkeit
KHS realisiert CleanCyle-CIP-Konzept und den beschleunigten Produktwechsel
Ludwig Clüsserath*Alfons Abels-Rümping**
Olaf Muszinski*** Innerhalb der Getränkebranche ist die Effizienz von Abfüll- und Verpackungsanlagen ein äußerst bedeutendes Thema. Anlagen müssen laufen, laufen, laufen – oftmals im Dreischichtbetrieb und dies bei möglichst geringen Stillstandzeiten. KHS entwickelt permanent Lösungen, welche die Anlagenverfügbarkeit immer noch weiter steigern. Jüngste Neuheiten sind in diesem Zusammenhang das KHS-CleanCycle-CIP-Konzept sowie der beschleunigte Produktwechsel für das System Dosier- und Ausmischtechnik Innopro Paramix C – CSD-Füller (Carbonated Soft Drinks-Füller). Beide Neuentwicklungen tragen zu einer Beschleunigung von Prozessen und somit zu einer erhöhten Anlagen-Produktivität sowie zu deutlichen Kostenreduzierungen entscheidend bei. Perfekte Reinigung – ein Muss für jeden Getränkebetrieb Eine Reinigung der Produktionsanlagen nach dem Prinzip Cleaning in Place (CIP) ist für jeden Getränkebetrieb ein Muss, um beste hygienische Bedingungen im Produktionsbereich aufrecht zu erhalten. CIP-Anlagen gelangen immer dort zum Einsatz, wo ein Kontakt von Anlagentechnik mit Produkt stattfindet. Angefangen beim Tanklager über den Prozessbereich bis hin zum Füller. „Alles aus einer Hand“ – so lautet ein innerhalb der Getränkebranche viel zitiertes Motto. So wird CIP-Anlagentechnik vor allem deshalb gerne gemeinsam mit der Prozess- und Abfülltechnik von einem Hersteller bezogen, weil Schnittstellenprobleme damit erst gar nicht auftreten. Als Komplettanbieter kommt KHS diesem Kundenwunsch, „alles aus einer Hand“ zu erhalten, ebenso entgegen wie der Nachfrage nach modernsten technischen Lösungen. Wie sich die Zeitspanne zwischen einzelnen CIP-Prozessen gestaltet, hängt von vielen verschiedenen Parametern ab. Unter anderem spielen die Produkteigenschaften, der hygienische Standard der
Umgebung sowie die gewählte CIP-Variante hier eine entscheidende Rolle. Beispielsweise werden CIP-Prozesse bei der Abfüllung von Säften oder so sensiblen Getränken wie Schorlen, Near Water-Produkten oder stillem Wasser wesentlich häufiger durchgeführt als bei hochprozentigen Alkoholika wie Wodka. Eine große Rolle in Hinblick auf notwendige CIP-Zeiten spielt auch die geplante Reihenfolge zur Abfüllung unterschiedlicher Produkte. So mag bei einer Umstellung von Zitronen- auf Orangenlimonade bei Füll- und Prozesstechnik zum Beispiel eine Zwischenspülung mit Wasser genügen, während bei einer Umstellung von Saftgetränken auf stilles Wasser ein kompletter CIP-Prozess stattzufinden hat. CleanCycle-CIP-Konzept: kurze CIP-Zeiten bei bester Reinigungswirkung Während Getränkebetriebe, die im Einschichtbetrieb produzieren – sofern es Gegebenheiten erlauben – eine CIP-Reinigung üblicherweise direkt im Anschluss an die Produktion praktizieren, haben Unternehmen, die „rund um die Uhr“ im Dreischichtbetrieb tätig sind, ihre Produktion für notwendige CIP-Reinigungen zu unterbrechen. Daraus ergibt sich, dass CIP-Reinigungszeiten hier einen Verlust an Produktionszeiten und somit einen Verlust an auszubringendem Produkt bedeuten. Wunschvorstellung hier: Möglichst kurze CIP-Zeiten bei gleichzeitig gewährleisteter bester Reinigungswirkung. Mit dem von KHS neu entwickelten CleanCycle-CIP-Konzept lässt sich diese Wunschvorstellung genau so in die Realität umsetzen. Klassischer CIP-Prozess Generell verfügt eine CIP-Anlage über einen Lauge-, Säure- und Frischwassertank. Mittels Pumpe wird das für den CIP-Prozess jeweils erforderliche Medium im Kreislauf durch die üblicherweise in Reihe geschalteten Aggregate gepumpt. Ein Plattenwärmetauscher übernimmt das Aufheizen von Reinigungsmedien und Wasser. Im Rahmen des klassischen CIP-Prozesses folgt auf ein Entleeren der Aggregate und eine Ableitung von Restmengen die Vorspülung der zu reinigenden Anlagenkomponenten mit kaltem Wasser. Klassischerweise geschieht daraufhin die Reinigung mit heißer Lauge, gefolgt von einer Zwischenspülung mit warmem Wasser, einer eventuellen Säurereinigung sowie einem Heißwasserspülschritt und dem Nachspülen mit Kaltwasser. Sämtliche Reinigungsschritte werden hier bei einer aufeinander folgenden Führung der Medien durch ein einziges Rohrleitungssystem praktiziert. CleanCycle-CIP-Konzept Das CleanCycle-CIP-Konzept setzt statt auf ein Rohrleitungssystem, das die zu reinigenden Komponenten in Reihe miteinander verbindet und sämtliche Medien in festgelegter Reihenfolge zuführt, auf eine Ringleitung pro Medium. Das heißt, dass Lauge-, Säure- und Wassertank jeweils über einen eigenen Kreislauf mit eigener Pumpe und gegebenenfalls über einen Plattenwärmetauscher verfügen. Über diese separaten Kreisläufe können die einzelnen zu reinigenden Aggregate – beispielweise Mixer und Füller – auf schnellstem Wege und zum richtigen Zeitpunkt mit dem richtigen Reinigungsmedium versorgt werden. Wartezeiten, die sich aus den unterschiedlichen Abfolgen der Reinigungschritte bei den Einzelaggregaten ergeben, entfallen. Auf diese Art und Weise werden Mischphasen auf ein Minimum reduziert. Es ergeben sich nicht nur Einsparungen an Wasser und Reinigungsmitteln, sondern zudem der reduzierte Energieverbrauch und eine verminderte Menge an zu entsorgendem Abwasser. Ebenfalls von hoher Bedeutung: Reinigungsmedien können hier unabhängig voneinander vorbereitet werden und stehen wunschgemäß abrufbereit und bei geforderter Konzentration sowie mit vorgegebener Temperatur zur Verfügung. Deutliche Verkürzung des CIP-Zyklus durch jeweils eine CIP-Ringleitung pro Medium Außerdem – und das ist ein entscheidender Aspekt, der Produktionszeiten deutlich verlängert – verkürzt sich der CIP-Zyklus, da es statt einer nun mehrere Kreislaufmöglichkeiten gibt, die sich gleichzeitig nutzen lassen. Reinigungsprozesse können hier auch überlappend stattfinden. Beispielsweise mag am Füller eine Laugereinigung vor sich gehen während die KZE bereits die Säurereinigung erfährt. Oder es findet eine zeitversetzte Komplettreinigung einzelner Anlagenteile statt. So ist es zum Beispiel möglich, dass der Füller noch produziert, wenn Ausmischanlage oder KZE bereits abgefahren sind und gereinigt werden. Oder es lässt sich – falls die CIP-Anlage für die Reinigung mehrerer Linien vorgesehen ist – die Reinigung der einen Anlage abschließen, während die Reinigung der nächsten Linie bereits startet. Die Möglichkeiten sind hier vielfältig. KHS berät in Hinblick auf eine besonders zeitsparende und ressourcenschonende Optimierung der Software. Ebenfalls von großem Vorteil: Einzelne Medienkreisläufe sind mittels Ventilmatrix (im Einsatz sind hier kompakt gestaltete und einfach zu wartende Mehrwegeventile) auch sinnvoll miteinander zu verbinden. Das beinhaltet ein nochmaliges Einsparpotenzial an Reinigungsmedien, Wasser und Energie. Beispiel hierfür: Bestätigt das Leitwertmessgerät, dass die Ringleitung des Wassertanks bei einem Ausschieben von Lauge eine Lauge-Mischphase enthält, die innerhalb des Laugetanks durchaus noch verwendbar ist, kann diese bei entsprechender Rücklaufschaltung in den Laugetank eingebracht werden. Das bedeutet sowohl Lauge- als auch Energieeinsparung. Modernste Reinigungsmittel bei Anwendung innovativer Reinigungsphilosophien Zu der Komponente der optimierten Verfahrenstechnik durch jeweils eine CIP-Ringleitung pro Medium kommt beim CleanCyle-CIP-Konzept als ein weiterer wesentlicher Aspekt die Verwendung von modernsten Reinigungsmitteln bei Anwendung innovativer Reinigungsphilosophien. Dies führt zu weiteren Zeit-, Wasser-, Reinigungsmedien- und Energieeinsparungen. Die Kombination beider Aspekte lässt es zu, dass in zahlreichen Anwendungsfällen des CleanCycle-CIP-Konzepts auf ein Vorspülen vor der Laugereinigung verzichtet werden kann. Die zu reinigenden KHS-Aggregate (Füller, KZE, Mixer) sind hierfür nach den Regeln von Hygienic Design gestaltet und so konzipiert, dass durch entsprechend gestaltete Gefälle eine saubere Entleerung unmittelbar nach Produktionsende möglich ist. Durch konsequente Umsetzung von Hygienic Design in allen Produkt- und Prozessgas führenden Wegen werden die gewünschten Reinigungsergebnisse immer schneller erreicht. Hieraus resultierend können die Anwendungszeiten der einzelnen Reinigungsschritte deutlich verkürzt werden. Die Laugereinigung schließlich wird entweder bei einer Laugetemperatur von 40° Celsius durchgeführt – vorausgesetzt die Lauge ist mit einem Aktivator versehen (CleanCycle-CIP-Konzept kalt) – oder kann klassisch bei einer Laugetemperatur von 85° Celsius stattfinden (CleanCycle-CIP-Konzept heiß). Ein Zwischenspülen und die anschließende Säurereinigung fällt, abhängig vom Abfüllprodukt, bei Nutzung des CleanCycle-CIP-Konzepts beispielsweise nur noch für jeden zehnten oder zwanzigsten CIP-Vorgang an. Die Nachspülphase ist gegenüber dem klassischen CIP-Verfahren entscheidend verkürzt, gelangt hier doch mit Chlordioxid angereichertes Wasser zur Verwendung. Die Chlordioxid-Dosage unterbindet unter Beachtung gesetzlicher Grenzwerte eine Rekontamination der frisch gereinigten Anlage. Zusatzinvestition in Kürze amortisiert Einsparungen, die sich durch Einsatz des CleanCycle-CIP-Konzepts erreichen lassen, sind durchaus beträchtlich. Beispiel: Eine Anlage, deren Abfüll-Leistung bei 30.000 1-Liter Glasflaschen/h liegt, arbeitet im Dreischichtbetrieb und realisiert eine CIP-Reinigung pro Woche. Setzt man die Reinigungskosten pro abgefüllter Flasche bei Verwendung der klassischen 1-Strang-CIP-Anlage mit 100 % an. reduzieren sich die Reinigungskosten pro abgefüllter Flasche für das CleanCycle-CIP-Konzept, bei Berücksichtigung von Medieneinsparungen und unter Einberechnung der gewonnenen Produktionszeit wie folgt:
• CleanCycle-CIP-Konzept um 50%
• CleanCycle-CIP-Konzept kalt um 55%.
Im Vergleich mit dem klassischen CIP-Konzept eine durchaus beachtliche Einsparung Damit erfolgt eine Amortisation der anfallenden erhöhten Investitionskosten in Höhe von ca. 100.000 Euro bei nur einer CIP-Reinigung pro Woche für das CleanCycle-CIP-Konzept heiß in ca. 21 Monaten und für das CleanCycle-CIP-Konzept kalt in ca. 19 Monaten. Werden zwei CIP-Reinigungen pro Woche realisiert, halbiert sich die Amortisationszeit auf etwa 10,5/9,5 Monate. Sind noch mehr an wöchentlichen CIP-Reinigungen vorgesehen, findet die Amortisation dementsprechend zügiger statt. Und: Unter Beachtung der Nutzungsdauer einer Abfüllanlage wird durch die konsequente Anwendung des CleanCycle-CIP-Konzepts immer wieder „bares Geld“ gespart. Für den Beispielfall (Anlage mit einer Abfüll-Leistung von 30.000 1-l-Glasflaschen/h) betragen die Kosteneinsparungen bei Einsatz des CleanCycle-CIP-Konzepts heiß bei zwei CIP-Anwendungen wöchentlich pro Jahr knapp 120.000 Euro und bei Einsatz des CleanCycle-CIP-Konzepts kalt pro Jahr etwa 130.000 Euro. Geht man von fünf CIP-Prozessen wöchentlich aus, lassen sich bei Einsatz des CleanCycle-CIP-Konzepts heiß bereits um die 300.000 Euro und bei Einsatz des CleanCycle-CIP-Konzepts kalt ca. 330.000 Euro jährlich einsparen. Beträge, die sich über die Nutzungsdauer hinweg aufaddieren. Gleichzeitig steigert das CleanCycle-CIP-Konzept die Umweltfreundlichkeit der eingesetzten Anlagentechnik. Schneller Produktwechsel setzt Automatisierung und perfekten Signalaustausch voraus Gesteigerte Anlagenproduktivität und deutliche Kostenreduzierungen – Vorteile, die auch der von KHS neu entwickelte schnelle Produktwechsel für das System Innopro Paramix C – CSD-Füller (Carbonated Soft Drinks Füller) in sich trägt. Bei der Innopro Paramix C handelt es sich um eine Drei-Komponenten-Dosier- und Mischanlage, die bei Bedarf auch eine Erweiterung auf eine vierte oder fünfte Dosierkomponente erfahren kann. Wunschgemäß realisiert die Anlage sowohl die kontinuierliche Herstellung von stillen als auch von karbonisierten Getränken. Erster Schritt in der Innopro Paramix C ist die Wasserentgasung nach dem Prinzip der zweistufigen liegenden Vakuum-Sprühentgasung. Entgastes Wasser wird in Richtung Mischpumpe gefördert und dort mit Sirup ausgemischt. Standardmäßig realisiert die Innopro Paramix C ein Ausmischungsverhältnis von Sirup zu Wasser von 1 : 3 bis 1 : 9. Ein erweiterter Mischbereich von 1 : 1 bis 1 : 10 ist optional umsetzbar. Die Dosierkonstanz für Sirup liegt mit 0,01° Brix für 1 Sigma und 0,03° Brix für 3 Sigma besonders hoch. Nach Ausmischung von Sirup und Wasser übernimmt die Innopro Paramix C abschliessend noch die Karbonisierung. Voraussetzung der neuen KHS-Option des schnellen Produktwechsels ist es, dass sowohl die Innopro Paramix C als auch der Füllerventilknoten automatisiert sind. Zudem hat es sich – soll der schnelle Produktwechsel stattfinden – sowohl beim Füller- als auch bei der Dosier- und Mischanlage um KHS-Technik zu handeln. Nur so ist es möglich, Innopro Paramix C und KHS-Füllsystem als prozesstechnische Einheit zu betrachten, Programmierungen und Steuerungen dementsprechend zu regeln und einen perfekten Signalaustausch zwischen Dosier- und Mischsystem und Füller zu erreichen. Halbierte Anzahl Einzelschritte im Vergleich zum Standard-Produktwechsel Waren für einen Standard-Produktwechsel bislang ca. 40 Einzelschritte nötig – darunter auch zeitaufwändige Maßnahmen wie ein manuelles Umlegen von Bögen bzw. ein manuelles Entleeren einzelner Aggregate – sind beim schnellen Produktwechsel, der einen vollautomatisierten Ablauf mit einschließt, nur noch 20 Einzelschritte vonnöten, die automatisiert ablaufen. Es ergibt sich pro Produktwechsel eine Zeiteinsparung von ca. 15 Minuten. Weitere Vorteile, welche die Automatisierung in sich trägt: Bediener werden entlastet und das Risiko einer Fehlbedienung entsteht erst gar nicht. Höchste Produkt- und Prozess-Sicherheit durch Prozessautomation und -überwachung ist gegeben. Deutlicher Mehrertrag durch hinzugewonnene Produktionsstunden Geht man davon aus, dass an einer Abfüll-Linie pro Woche fünf Produktwechsel anstehen, ergibt sich bei angenommenen 250 Produktionstagen/Jahr allein durch Realisierung des schnellen Produktwechsels ein Mehr an 63 Produktionsstunden. Rechnet man wöchentlich mit 25maligem Produktwechsel – was bei einem breiten Getränkeangebot durchaus denkbar ist – kommt man auf gewonnene 313 Produktionsstunden jährlich. Praxiserfahrungen bestätigen, dass durch jede zusätzliche Produktionsstunde etwa 500 Euro an Mehrertrag generiert wird. Ein Mehrertrag, der bei angenommenen 63 bzw. 313 zusätzlichen Produktionsstunden mit 31.500 Euro/Jahr bzw. 156.500 Euro/Jahr deutlich zu Buche schlägt. Minimierte Sirupverluste als weiteres Plus Zu einer deutlichen Steigerung von Produktionszeiten greift bei einem schnellen Produktwechsel der Vorteil minimierter Sirupverluste. Etwa 3 bis 5 Liter Sirup werden jeweils im Vergleich zum herkömmlichen Prozess beim schnellen Produktwechsel eingespart. Das ergibt bei fünfmaligem Produktwechsel/Woche eine jährliche Einsparung von 1.250 Liter Sirup und bei 25maligem Produktwechsel eine jährliche Einsparung von 6.250 Liter Sirup. Sowohl für Neuinvestitionen verfügbar als auch nachzurüsten Fazit: Sowohl das neue KHS-CleanCycle-CIP-Konzept als auch der schnelle Produktwechsel für das System Paramix C – CSD-Füller tragen zu deutlich erhöhten Produktionszeiten bei und steigern damit die Rentabilität einer Abfüll- und Verpackungslinie. Beide Optionen lassen sich sowohl in neue technische Lösungen integrieren als auch nachrüsten. So besteht auch für vorhandene Anlagentechnik die Möglichkeit, die Anlageneffizienz durch Zusatzinvestitionen deutlich zu steigern, damit Mehrertrag zu erzielen und schließlich die Wettbewerbsfähigkeit ganz gezielt zu erhöhen. * Leiter Entwicklung Füll- und Prozesstechnik, KHS GmbH, Bad
Kreuznach, Tel.: 06 71/8 52 25 01
** Produkt Management, Competence Center Prozess-Technologie,
KHS GmbH, Bad Kreuznach, Tel. : 06 71/8 52-22 11
*** Leiter Verfahrenstechnik/Verkleidung/Layout, KHS GmbH, Bad
Kreuznach, Tel.: 06 71/8 52 27 04