In dit praktijkvoorbeeld betrof de ontwikkeling van een effectieve reinigingstechnologie voor een meelsilo de toepassing van de verschillende beschikbare reinigers en reinigingsmethodes om een geoptimaliseerde hygiëne te verzekeren.

Er wonen momenteel ongeveer 7 miljard mensen op de wereld en er wordt geschat dat dit aantal tegen 2050 zal stijgen tot 9 miljard. Ongeveer 50% van de mensen die de aarde in 2050 zullen bevolken, zijn reeds geboren. Dit is mogelijk geworden doordat moderne productietechnologieën het eenvoudiger maken voor mensen om beter en gezonder te leven. Met name de technologische vooruitgang in de voedselverwerking heeft aanzienlijk bijgedragen aan verbeteringen in de kwaliteit, functionaliteit en veiligheid van voedsel. 

Hoewel grote technologische verbeteringen enorme mogelijkheden bieden, vormen ze tevens enorme uitdagingen. De efficiënte en kosteneffectieve productie van hoogkwalitatieve voedselproducten, die worden gestimuleerd door nieuwe verwerkingstechnologieën, is nodig om te voldoen aan de behoeften van een snelgroeiende wereldbevolking. Productie-efficiëntie en kosteneffectiviteit kunnen echter niet ten koste gaan van de zeer strenge richtlijnen voor reinheid en veiligheid voor voedselproductie en -verwerking. Om te zorgen dat aan al deze behoeften wordt voldaan is er zeer gedetailleerde maar brede kennis nodig. De uitgebreide proceskennis van hedendaagse ingenieurs moet derhalve synchroon lopen met de behoefte van de voedselverwerkingsindustrie om ervoor te zorgen dat producten worden geproduceerd met het hoogste niveau van efficiëntie, hygiëne en veiligheid. 

Het optimaliseren van reinigingsprocessen in een verwerkingsinstallatie is een belangrijke manier om deze doelen te bereiken. Als voorbeeld hebben GEA-ingenieurs nauw samengewerkt met een bekende fabrikant van bakkerijproducten voor het vinden van effectieve oplossingen voor de uitdagingen van het reinigen van meelsilo's.

Meelsilo's: Een uitdaging in reiniging

Meelsilo
Onderdeel dat wordt gereinigd: een aluminium meelsilo met een diameter van 3,5 m en een hoogte van 33 m.

De producten van de bakkerijfabrikant worden vervaardigd volgens de hoogste kwaliteitsnormen en zijn in overeenstemming met omvangrijke ecologische en economische vereisten. De hygiënevereisten voor de verwerkingsinstallatie maken het noodzakelijk alle systemen en machine-onderdelen die voor dit type productie worden gebruikt, te reinigen op een niveau waarbij geen verontreinigingen achterblijven. Voor deze cyclisch herhaalde productieprocessen zocht het kwaliteitspersoneel van de klant naar een geavanceerd reinigingssysteem dat de binnenzijde van de meelopslagsilo's perfect zou reinigen. 

De cilindrische meelsilo's, met een diameter van ongeveer 3,5 m en een hoogte van 33m, die aan de ingenieurs werden gepresenteerd voor onderzoek en advies over de reiniging ervan, beschikken niet over interne structuren. De silowanden zijn vervaardigd van niet-geïsoleerd aluminium en elke silo heeft een kegelvormige uitlaat en een vlakke bovenkant met een excentrisch mangat. De opslagtorens, die zich vlak bij het productiegebouw bevinden, zijn verdeeld over een siloboerderij.

De meel komt door de zwaartekracht uit de silo op een transportschroef en perslucht wordt gebruikt voor verder transport stroomafwaarts De productie loopt het hele jaar, 24 uur per dag door. Elke silo is dus periodiek volledig gevuld, waarna deze voortdurend of intermitterend wordt geleegd. Dit is afhankelijk van de procesvereisten. Dit heeft tot gevolg dat de binnenzijde van de tank onregelmatig wordt verontreinigd met productrestafzettingen.

Deze verontreinigingen zetten zich op verschillende punten en verschillende niveaus vast; er vormen zich met name klonten meel aan de silowand, die nadat het niveau tot een bepaald punt is gestegen, ongecontroleerd naar beneden vallen en heroptredende blokkades vormen met als gevolg een stilstand van het neerwaartse meeltransport en productie-installaties. Dit resulteert in kostenintensieve productie-onderbrekingen voor het herstellen van de schade. Het type en de dikte en het hechtingsgedrag van de verontreiniging wordt in grote mate bepaald door de kwaliteit van het meel; de stroom- en ledigingseigenschappen van het meel, die afhangen van de ontladingssnelheid; de luchtvochtigheid in de transportsilo's van de leverancier en in de opslagsilo zelf; en de seizoenfluctuaties in temperatuur en andere parameters.

Bij het eerdere reinigingsproces gingen ingehuurde reinigingswerkers/industriële klimmers - uitgerust met manuele hijsmiddelen en onder supervisie van een veiligheidsmedewerker, de silo's in om ze te reinigen. Meelverontreinigingen, die variëren van lichte stof tot zwaar aangekoekte of klevende resten, werden in het geval van lichte verontreiniging vervolgens met borstels of bezems verwijderd of met spatels en schrapers op een mijnwerkersmanier in het geval van hardnekkige verontreinigingen. Het voornaamste nadeel van deze oplossing werd niet alleen gevormd door de zware mentale en fysieke belasting van de werklui, die moesten worden voorzien van zuurstof, maar ook door de tijd, uren of zelfs een hele dag die dit in beslag nam.

Bovendien varieerde de reinigingseffiëntie en de resultaten van reiniger tot reiniger en was het resultaat niet herhaalbaar. Vanwege het excentrische mangat was het positioneren van de persoonlijke veiligheids- en hijsuitrusting voor de reinigers gecompliceerd en tijdrovend. Om de tijd en inspanning die hiervoor staat beschreven zoveel mogelijk te beperken en bestaande problemen te verhelpen, zocht het bedrijf naar een verbeterd reinigingsproces gebaseerd op water met betrouwbare herhaalbare resultaten. Een essentiële vereisten was onvoorwaardelijke overeenstemming met alle klanteisen met betrekking tot voedselhygiënerichtlijnen.

Kosteneffectiviteit, minimalisering van reinigingstijden, reinigingsmiddel, energievoorziening en extra materialen en duurzaamheid van het systeem waren ook van zeer groot belang voor de bakkerijproducent. Tijdens een persoonlijk bezoek aan de locatie werd een inventaris opgemaakt van de vereisten, technische details en de omstandigheden ter plaatse. Deze initiële engineeringsoverwegingen werden vervolgens vertaald naar een reinigingsconcept dat aan een praktijktest werd onderworpen (d.w.z. algemene engineering).

Een belangrijke eerste stap bij de voorbereidende overwegingen was het verhelderen van de algemene aanpak; namelijk of een reinigingsmethode met lage, gemiddelde of hoge druk moest worden gebruikt. 

De volgende methodes werden beoordeeld:

  • Reiniging met lage druk is gebaseerd op het effect van de chemische samenstelling van het reinigingsmiddel, de temperatuur en de volumesnelheid van het reinigingsmiddel en de resulterende reinigingssnelheid. Dit is een ideale toepassing voor sproeibollen en roterende straalreinigers
  • Reiniging met gemiddelde druk is gebaseerd op het effect van de chemische samenstelling van het reinigingsmiddel, de temperatuur en de verminderde stroomsnelheid van het volume van het reinigingsmiddel bij een verhoogde reinigingsdruk en de resulterende reinigingssnelheid. Dit is een ideale toepassing voor roterende nozzles en roterende straalreinigers
  • Reiniging met hoge druk is gebaseerd op een chemisch reinigingsefect met een intensieve, directe reinigingsstraal. Dit is het typische toepassingsgebied voor orbitale reinigers.

Tijdens de volgende stap werden een geschikte nozzle en reinigingspatroon onder druk geselecteerd uit de volgende mondstuksystemen, in overeenstemming met het type verontreiniging:

Statische reinigers voor het reinigen van vaten, tanks en containers, zoals een opslagtank en CIP(cleaning-in-place)-tanks, zijn ontworpen om met lage druk te werken. Een vaste sproeikop spuit het reinigingsmiddel op het te reinigen oppervlak. Reiniging wordt bereikt door het spoelen van, of neerslaan op de tankwanden. Door geschikte reinigingsmiddelen te gebruiken, kan het reinigingseffect worden verbeterd terwijl de reinigingstijden worden verminderd. De stroomsnelheid heeft een bereik van 2,4-42 m3/u, met een drukverschil van 1 bar. De reinigingsdiameter is 0,8-8,0 m.

Roterende reinigers worden gebruikt voor het reinigen van tanks, vaten en containers met een zware aankoeking van product (b.v. grote opslagtanks, fermentatietanks, tanks met interne roerwerken). Deze reinigers zijn ontworpen voor werking met een lage druk, een stroomtransmissie genereert een ventilatorvormige straal die langzaam in een vlak draait en daarbij het volledige oppervlak bevochtigd. De stroomsnelheid heeft een bereik van 7,1 tot 28 m3/u, met een drukverschil van 2,3-4,3 bar. De reinigingsdiameter is 2 tot 10 m. Afhankelijk van het materiaal zijn bedrijfstemperaturen tussen 80°C en 100°C mogelijk.

Orbitale reinigers voor het reinigen van tanks, vaten en containers die een speciale mechanische behandeling nodig hebben voor het binnenoppervlak met een geconcentreerde straal (b.v. tankwagens, producttanks en vaten) zijn ontworpen om te werken met lage, gemiddelde of hoge druk. Een stroomtransmissie genereert een zeer geconcentreerde reinigingsstraal dat in twee vlakken roteert. De ideale straalgeometrie wordt geproduceerd door speciaal gevormde ronde straalnozzles en kegelwielen die een dicht orbitaal reinigingspatroon produceren dat het volledige te reinigen oppervlak dekt. De stroomsnelheid heeft een bereik van 1,8 tot 27 m3/u, met een drukverschil van 4,5-80 bar. De reinigingsdiameter is 2 tot 14 m.

Orbitale tankreiniger Tempest
Orbitale tankreiniger Tempest

Toen de engineeringsoverwegingen voor de te selecteren methode uiteindelijk op een lijn lagen met de eisen van de klant, werden de goedkope sproeibollen meteen bij de aanvang uitgesloten vanwege de mate van vervuiling, die bij tijde zeer hoog kan zijn. De roterende straalreiniger zou werken in het bovenste gedeelte van de silo, maar het zou niet mogelijk zijn een optimale reingingslijn te implementeren bij de onderzijde van een silo met een hoogte van 33 m. Om aanvullende investeringen door de klant te vermijden voor de aanschaf van de benodigde pompen is besloten niet door te gaan met reiniging met gemiddelde en hoge druk.

Vanwege de omstandigheden op locatie, het type verontreiniging en de geometrie van de silo, werd gekozen voor een lage drukmethode voor geoptimaliseerde reiniging op basis van water, die gewoonlijk werkt met een pompcapaciteit van 8/9 bar, koud water. Aangezien er geen externe energievoorzieningen aanwezig waren op de koepel van de silo, is er een turbinereiniger geselecteerd voor testdoeleinden. Om kostenredenen werden er geen chemische reinigingsmiddelen of thermische ondersteuning gebruikt voor het reinigingsproces.

Met het oog op een installatiehoogte van meer dan 33 m, is een orbitale reiniger met vier nozzles van elk 7 mm geselecteerd, die ongeveer 12 m3/u reinigingswater aflevert tegen een werkdruk bij de reiniger van ongeveer 5 bar. De ingenieurs verwachten korte cyclustijden voor het reinigen toen het reinigingsresultaat in eerste instantie werd beoordeeld, zodat werd besloten het reinigingswater te laten wegvloeien in het afvalwatersysteem op locatie.

Om de orbitale reinigers te testen onder de gegeven omstandigheden werd de reiniger via een drukslang aangesloten op een centrifugaalpomp die aan de onderzijde van de silo werd geplaatst en vervolgens excentrisch in de silo werd gebracht en op een dompeldiepte van 2500 mm gepositioneerd met een laterale afstand van de wand van 500 mm.

Na het positioneren van de reiniger werd het reinigingsproces gestart en bewaakt. Toen het proces na drie minuten werd gestopt was reeds een groot gedeelte van de aanhechting, zelfs kritieke verontreiniging, verwijderd van het silo-oppervlak dat werd beslagen door de sterke reinigingsstralen. Het reinigingsresultaat, dat na slechts enkele minuten werd bereikt, bevestigde dat het geselecteerde pad juist was. Na een algehele reinigingsduur van slechts 15 minuten was alle verontreiniging, met name hardnekkige aankoeking van meel, verwijderd. Ondanks de excentrische positie van de reiniger werkte het zonder trillende beweging in de silo, terwijl een straalpatroon werd gegenereerd dat het volledige oppervlak van de silo besloeg, zelfs in de diepere zones.

Na het voltooien van de op water gebaseerde reiniging van de silo, was een ander overwegingspunt het drogen. Dit is een onmisbare stap in de process engineering.

Vanwege de ideale seizoensomstandigheden voor het beschreven reinigingsproces en aangezien de silo's zich buiten bevinden, werd besloten het restvocht te verwijderen middels convectie. Rechtstreeks zonlicht op het oppervlak van de silo zorgde voor voldoende drogen vanuit technisch en economisch oogpunt. Om restwater eenvoudig te laten verdampen werden het bovenste mangat en de aansluiting in het onderste gedeelte van de silo-uitlaatkegel geopend voor een optimale ventilatie en afvoer van vocht.

In gelijksoortige toepassingen waarbij het niet mogelijk is de silo's te drogen met zonlicht, is het gebruik van heet water als reinigingsmiddel een aanvullende oplossing. Het hete water verwarmt de silowanden tijdens het reinigen en laat de binnenzijde van de silo door convectie opdrogen.

Als er geen heet water voorhanden is voor het reinigen, is een andere mogelijke oplossing voor het betrouwbaar drogen van de contactoppervlakken van de silo het blazen van hete lucht in de tank via de openingen aan de boven- en onderzijde. Er moet op worden gelet dat er voldoende luchtstroomsnelheden worden geselecteerd.

Er werd ongeveer 3.000 liter koud water verbruikt om het reinigingsresultaat te bereiken, dat werd afgevoerd in het afvalwatersysteem van de fabriek met het verwijderde meel.

Terug