BRAUWELT | WISSEN | Reinigung und Desinfektion

Rotationsreiniger verweist
Sprühkugel auf die Plätze
Weniger ist mehr | Traditionell kommen in Gär- und Lagertanks

zu Reinigungszwecken klassische Sprühkugeln zum Einsatz. Eine
Testreihe aus der Lehr- und Versuchsbrauerei der Technischen
Universität München (TUM) in Weihenstephan kommt zu demErgebnis, dass ein neu entwickelter Rotationsreiniger der Lechler
GmbH, Metzingen, im Vergleich zur Sprühkugel das bessere undzuverlässigere Reinigungsergebnis liefert – bei deutlich kürzerenZykluszeiten und weniger Wassereinsatz.
Brauereibetriebe stehen unter erheblichem Kostendruck, umsetzbare Einspar- und Optimierungspotenziale sindstets willkommen. Um bei der Reinigung
von Gär- und Lagertanks Zeit und Geld zu
sparen, wurde von der Lechler GmbH ein
neuartiger Rotationsreiniger entwickelt,
dessen spezielle Reinigungsdüsen für eine
gleichmäßige, fächerförmige Abdeckung
der Behälterwand sorgen. Eine Versuchsreihe weist nach, dass im Vergleich zur herkömmlichen Sprühkugel die Reinigungszeit
um 40 Prozent und der Frischwassereinsatz
um 30 Prozent gesenkt werden können. Dieneue Düse ist zwar teurer als eine Sprühkugel, kostet jedoch rund 60 Prozent weniger
als ein nach Leistungsgröße vergleichbarer
Zielstrahlreiniger.

lRegressansprüche vermeiden
Industrielle Reinigungsprozesse, wie
beispielsweise Cleaning in Place (CIP),
gewährleisten eine gleichbleibend hohe

Autor: Christian Heid, Produktmanagement,Lechler GmbH, Metzingen

Produktqualität und schützen Hersteller
vor teuren und das Image schädigenden
Regressansprüchen. Die erforderlichenReinigungsabläufe müssen zügig und quasi zwischendurch erfolgen. Je länger dieStillstandszeiten, umso höher die Kosten.
Moderne Reinigungsverfahren zeichnensich nicht nur durch Effektivität, sondern
vor allem durch Effizienz aus. Mit anderen
Worten: Optimal aufeinander abgestimmte Faktoren erzielen das gewünschte Reinigungsergebnis bei gleichzeitig wirtschaftlichem Ressourceneinsatz. Grundlegend
zeichnen dafür die vier Faktoren Mechanik, Chemie, Zeit und Temperatur verantwortlich (Sinner’scher Kreis). Ein innovativer Düsenhersteller legt sein Hauptaugenmerk naturgemäß auf die Mechanik
und optimiert damit die Düsentechnik. Sokann er die übrigen drei Parameter auf ein
Mindestmaß reduzieren. Besonders wichtig bei der Reinigung ist, dass ein möglichst
hoher Impact (Aufpralldruck, Reinigungswirkung) auf die Behälterwand ausgeübt
wird.
Düsenhersteller verfolgen somit dasZiel, möglichst große Tropfen mit hoherGeschwindigkeit auf die Behälterwand
auftreffen zu lassen. Das Beaufschlagenmuss dabei gleichmäßig über die gesamteBehälteroberfläche hinweg erfolgen, ein
nur punktuell starkes Beaufschlagen derFläche führt nicht zu einem vollständig gereinigten Behälter.

lPunktueller versus
vollflächiger Impact

Sprühkugeln mit ihren festen Spritzwinkeln
und einzelnen Vollstrahlen reinigen zwar
den Aufprallpunkt mit hohem Impact, derdarum herum befindliche überwiegende
Teil der Behälterwand wird durch das ablaufende Reinigungsmedium lediglich gespült.
Bei stärker anhaftenden Verschmutzungenerzielt im Einzelfall zwar eine Erhöhung vonTemperatur, Reinigungszeit und/oder eine
höhere Dosierung des Reinigungsmittels
das gewünschte Ergebnis, dafür steigen in
der Folge die Betriebs- und Ressourcenkosten. Mit einer Druckerhöhung lässt sichbei Sprühkugeln die Wurfweite bis zu einem bestimmten Maximalwert steigern.
Dieser wird üblicherweise bei einem Druckvon ca. 1,5 bis 3 bar erreicht, bei weitersteigendem Druck nimmt die Wurfweite
wieder ab. Letztendlich steht die Wurfweite
einer Sprühkugel nicht in unmittelbarem
Zusammenhang mit ihrer Reinigungsleistung. Das Reinigungsergebnis von Sprühkugeln wird vielmehr dadurch bestimmt, inwelchem Umfang Reinigungsmittel auf dieüberwiegend nur gespülte Behälterwand
gelangt. Um gleichbleibend hochwertige
Reinigungsergebnisse zu erzielen und diehohen Anforderungen an Hygiene, Wirtschaftlichkeit und Umwelt erfüllen zu können, bieten sich optimierte Rotationsreiniger an, welche die gesamte Behälterwand
abdecken und reinigen.
Mit Flachstrahlen ausgestattete, um eine zentrale Achse rotierende Reinigungsdüsen mit fächerförmigen Sprühstrahlen
stehen für eine vollflächige Beaufschlagung
der Behälterwand. Dennoch sorgen Rotation und Flachstrahlen allein noch nicht
für ein effizientes Reinigungsergebnis. ImZuge der Entwicklung einer optimierten
Rotationsdüse standen bei Lechler mit Blickauf gleichmäßige Reinigungsleistung zwei
konstruktive Merkmale im Mittelpunkt:
Erstens, um beim Austritt maximale Tropfen erzeugen zu können, muss die Öffnung

Reinigung und desinfektion | WISSEN | BRAUWELTtank 1tank 2

TanktypusZylinderkonischer Tank

Tanktypus

Zylinderkonischer Tank

Höhe

2,5 m

Höhe

2,5 m

Durchmesser

0,84 mDurchmesser

0,84 mDüse

Statische Sprühkugel

Düse

Rotationsreiniger XactClean HP (Lechler)

Betriebsdruck

0,5 barBetriebsdruck

0,5 barVolumenstrom

100 l/min

Volumenstrom

73 l/minTemperatur

ungeheizt

Temperatur

ungeheizt

Reinigungsmittel

Finket FT 134SP - Alkaline

Reinigungsmittel

Finket FT 134SP - Alkaline

Abb. 1 Test-Setup

am Düsenkopf möglichst groß gestaltet
werden. Deshalb kommen beim neuen Rotationsreiniger speziell entwickelte Flachstrahldüseneinsätze mit möglichst großen
Austrittsöffnungen zum Einsatz. Darüber
hinaus gilt der Grundsatz, dass bei vergleichbaren Düsentypen eine Erhöhung desVolumenstromes eine höhere Wurfweite
zur Folge hat.
Das zweite entscheidende Kriterium ist
die Rotationsgeschwindigkeit von Reinigungsdüsen. Ist die Drehzahl gering, können sich große Tropfen mit hohem Impact
ausbilden. Je höher die Drehzahl, umso
mehr wird der Flachstrahl nach dem Austritt aus der Düse gestreckt. Der Strahl dünnt
aus, die Tropfen werden kleiner und verlieren an Wirkung. Hinzu kommt der in Versuchen nachgewiesene Effekt, dass Tropfen
bei langsamer Drehzahl während der Flugphase vom Windschatten des davor fliegenden Tropfens profitieren: Die Flug- und Aufprallgeschwindigkeit wird deutlich weniger
abgebremst als bei herkömmlichen, schnellrotierenden Düsen. Dort müssen sich dieTropfen – bildlich gesprochen – ihren Weg
jeweils selbst bahnen. Dieser Windschatteneffekt ist de facto bei statischen Düsenam stärksten, bei Rotationsdüsen mit hoherDrehzahl am wenigsten ausgeprägt.
Das Entwicklungsziel war somit klar gesteckt: Die Rotationsdüse neuen Typs musste bereits bei geringer Drehzahl und nied-rigem Betriebsdruck eine im Vergleich zur
Sprühkugel signifikant höhere Reinigungsleistung erbringen. Liegt bei den konventionellen, frei drehenden Düsen der optimale
Druckbereich bei etwa 2 bar, bietet die neu
entwickelte Rotationsdüse, je nach Einsatzbedingungen und Aufgabenstellung,zuverlässige Reinigungsresultate bereits
bei einem Betriebsdruck von 0,5 bis 1 bar.
Der optimale Betriebsdruck liegt zwischen
3 und 5 bar.
Mit einem robusten Antriebssystemsteht die neue Düse aus hochwertigem Edelstahl auch für Langlebigkeit. Ein optionaler
Rotationsüberwachungssensor steigert dieAbb. 2
Reinigungswirkung
Sprühkugel (A) undRotationsreiniger (B)A

Prozesssicherheit. Dieser wird mittels Einschweißflansch in der Behälterwand installiert und stellt sicher, dass die Reinigungsdüse ordnungsgemäß rotiert.

lFruchtbare Kooperation
Die Ingenieure von Lechler und die Spezialisten der zur TUM zählenden Lehr- undVersuchsbrauerei Weihenstephan legten
im Januar 2016 eine wissenschaftlich begleitete Düsentestserie auf. Für die Durchführung der Versuche zeichnete der Leiter
der Forschungsbrauerei, Dr.-Ing. Johannes Tippmann, verantwortlich. Unter vergleichbaren Rahmenbedingungen wurde

B

BRauweLt | nR. 44 (2016)

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BRAUWELT | WISSEN | Reinigung und Desinfektion

Tank 15 min

10 min15 min

Tank 25 min

10 min15 min20 minAbb. 3 Vergleich Reinigungsfortschritt Tank 1 (Sprühkugel),Tank 2 (Rotationsreiniger)

ein Tank mit einer statischen Sprühkugel
mit einem nominalen Volumenstrom von
205 l/min bei 2 bar, ein zweiter Tank mit
dem neuartigen Rotationsreiniger mit einem nominalen Volumenstrom von 135
l/min bei ebenfalls 2 bar bestückt. In beide
Tanks (zylinderkonische Tanks mit Klöpperdeckeln) mit Durchmessern von jeweils
knapp einem Meter und einer Höhe von2,5 Metern wurde eine obergärige Biersorte mit hohem Hopfenanteil gefüllt, die
Gär- und Lagerzeiten waren identisch. Inbeiden Fällen bildeten sich oberhalb derFüllstandslinie die typischen anhaftenden
Heferückstände an der Behälterwand (Abb1). Grundsätzlich muss je nach Biersorte
ein unterschiedlich hoher Reinigungsaufwand betrieben werden, um Anhaftungenan der Behälterwand zuverlässig zu entfernen. „Gemeinsam mit Lechler haben
wir ein dreistufiges Reinigungs- und Prüfverfahren für unterschiedliche Biersorten
unter Laborbedingungen entwickelt“, erklärt Dr. Tippmann. „Bei einem identischen
Betriebsdruck von 0,5 bar beaufschlagen
beide Düsen die Behälterwand für jeweils
15 Sekunden mit unbeheiztem Frischwasser, um grobe und gering anhaftende Ablagerungen zu entfernen und um das CO2 imWasser zu lösen.“lRotationsreiniger schlägt
Sprühkugel

Im zweiten Reinigungsschritt kommt eine zweiprozentige alkalische Lösung zum
Einsatz, die im Kreislauf gepumpt wird.

1304 Brauwelt | Nr. 44 (2016)

Testhalber stoppen die Weihenstephaner
Brauspezialisten den Prozess alle fünf Minuten, um festzustellen, wie weit der Reinigungsfortschritt gediehen ist. Am Endereinigen die beiden unterschiedlichen
Düsentypen die Tanks nochmals für 15Sekunden mit frischem Wasser, um sämtliche alkalischen Rückstände zu entfernen.
Die zweimal wiederholte Testreihe führte
zu einem klaren Ergebnis: Der neu entwickelte Rotationsreiniger ist der klassischen
Sprühkugel deutlich überlegen, obwohl der
Rotationsreiniger in der vorliegenden CIPAnlage nicht im optimalen Druckbereich
von 3 bis 5 bar betrieben werden konnte.
Die signifikant höhere Reinigungsleistungund Prozesszuverlässigkeit sind eindeutig
auf die optimierte Düsentechnologie mit ihrer kontrollierten Rotation und den speziell
entwickelten Reinigungsdüsen mit großer
Tropfenausbildung zurückzuführen. Denndiese erzeugen den höheren Impact bei
gleichmäßiger Abdeckung der gesamten
Behälterwand (Abb. 2).
Die Bildfolge der Abbildung 3 zeigt den
Reinigungsfortschritt von Tank 1 undTank 2 im Verlauf der alkalischen Reinigung in Abständen von fünf Minuten. Die
jeweiligen Heferückstände sind rot markiert. Bei Tank 1 (Sprühkugel) betrug dieReinigungszeit insgesamt 25 Minuten. Bei
Tank 2 (Rotationsreiniger) dauerte die Reinigung lediglich 15 Minuten. Der Frischwassereinsatz zum Vor- und Nachreinigen
fiel bei Tank 2 um ca. 30 Prozent niedriger
aus, da der Rotationsreiniger bei gleichem
Druck einen geringeren Durchfluss hat.

Bei Tank 1 brach der Versuchsleiter den
Reinigungsvorgang nach 25 Minuten ab,nachdem sich die verbliebenen Anhaftungen mit der Sprühkugel nicht weiter entfernen ließen. „Hier musste schlussendlich ein
Mitarbeiter mit der Bürste ran“, erläutert
Dr. Tippmann.

lAbsehbarer Return on Investment
Anwender profitieren vom hochwertigen
Reinigungsergebnis, von einem hohen Maßan Prozesssicherheit und von kurzen Stillstandszeiten. Darüber hinaus leisten sie einen Beitrag zum Umweltschutz. Verrechnet
man den gegenüber der Sprühkugel höheren Anschaffungspreis mit den Einsparungen bei Chemie, Wasser und Energie, lässt
sich der Return on Invest terminieren. Eine
Beispielrechnung wird das nach Abschluss
einer noch ausstehenden Versuchsreihe imindustriellen Maßstab mit konkreten Zahlen belegen. „Wir wissen seit langem um das
Für und Wider herkömmlicher Sprühkugeln. Von der Eindeutigkeit des Ergebnisses
waren wir dennoch überrascht. Effizientere Reinigungssysteme werden in Zukunftauch in Brauereibetrieben an Bedeutung
gewinnen“, ist Dr. Tippmann überzeugt. Die
Kooperation zwischen der TUM Weihenstephan und Lechler geht indessen in die
nächste Runde: Eine weitere Testserie sollklären, wie sich das Reinigungsergebnis bei
stufenweiser Anhebung des Betriebsdrucks
und im Verhältnis zur Behältergröße zeigt.
Die daraus gewonnenen Erkenntnisse dienen Lechler dazu, den Rotationsreiniger
weiter zu optimieren.
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