Armaturen, Rohrleitungen, Pumpen, Wärmeübertrager, CIP-Anlagen u.a. in der Gärungs- und Getränkeindustrie

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1 Armaturen, Rohrleitungen, Pumpen, Wärmeübertrager, CIP-Anlagen u.a. in der Gärungs- und Getränkeindustrie Dr. sc. techn. Hans-J. Manger Im Verlag der VLB Berlin

2 Bibliografische Information Der Deutschen Bibliothek Die Deutsche Bibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über dnb.ddb.de abrufbar. Kontaktadresse: Dr. sc. techn. Hans-J. Manger Pflaumenallee Frankfurt (Oder) 1. Auflage 2013 ISBN VLB Berlin e.v., Seestraße 13, D Berlin, Alle Rechte, insbesondere die Übersetzung in andere Sprachen, vorbehalten. Kein Teil des Buches darf ohne schriftliche Genehmigung des Verlages in irgendeiner Form reproduziert werden. Titelfoto: industrieblick - Fotolia.com Alle Inhalte und Texte wurden sorgfältig erarbeitet und überprüft und entsprechen unserem derzeitigen Kenntnisstand. Eine Garantie für Vollständigkeit, Richtigkeit und letzte Aktualität kann nicht übernommen werden. Eine daraus sich ableitende Haftung wird weder vom Verlag noch vom Autor übernommen. Die Wiedergabe von Warenbezeichnungen, Handelsnamen oder sonstigen Kennzeichen in diesem Buch berechtigt nicht zu der Annahme, dass diese von jedermann frei benutzt werden dürfen. Vielmehr kann es sich auch dann um eingetragene Warenzeichen oder sonstige gesetzlich geschützte Kennzeichen handeln, wenn sie als solche nicht eigens gekennzeichnet sind. All rights reserved (including those of translation into other languages). No part of this book may be reproduced in any form. Printed in Germany Herstellung: VLB Berlin, PR- und Verlagsabteilung Druck: Digital-Druck GmbH, Frensdorf ( 2

3 Inhaltsverzeichnis Abkürzungen 9 Vorwort Armaturen in der Gärungs- und Getränkeindustrie Allgemeine Hinweise Auswahlkriterien für Armaturen Einsatzkriterien der Armaturen Anforderungen an Armaturen Einteilungsvarianten der Armaturen Bauformen für Absperr-Armaturen Absperrklappen Absperrklappen in Sonderbauformen Ventile Ventile für Produktleitungen in der Gärungs- und Getränkeindustrie Ventile für steriles Arbeiten Mehrwege-Ventile Auslaufarmaturen für Behälter Schieber Hahn Membranventile Schlauchventile Antriebe für Absperrarmaturen Pneumatische Antriebe für Absperrklappen und Ventile Elektromechanische Antriebe Notbetätigung Zubehör für Absperrarmaturen Lösbare Leitungsverbindungen für Armaturen Verschraubung Flanschverbindung Spannringverbindungen Sonderformen für Verbindungen Unlösbare Rohrverbindungen Schweißen Schweißnaht-Nachbearbeitung: Mechanische Oberflächenbehandlung Chemische Oberflächenbehandlung Reinigung/Desinfektion und Pflege des Edelstahles Stell- und Regelarmaturen/-ventile Sicherheitsarmaturen Sicherung gegen unzulässigen Überdruck Sicherheitsventile 63 3

4 1.8.3 Schutz gegen Unterdruck/Vakuum Überströmventile Rückschlag-Armaturen Schaugläser Einbau von Sensoren zur Onlinemessung von Prozessgrößen Probeentnahmearmaturen Allgemeine Hinweise zu Armaturen für die Probeentnahme Armaturen für die manuelle und automatische Probeentnahme Gestaltung von Probeentnahmearmaturen Betätigungsvarianten Einbau von Probeentnahmearmaturen Automatische Probenahmesysteme Wartung der Armaturen Armaturen für Dampf, Heißwasser und Kondensat Allgemeiner Überblick Armaturen für Dampf und Kondensat Dampfventile Kugelhähne Regelventile für Dampf Be- und Entlüftungsarmaturen Kondensatableiter Kondensatsammelsysteme Kondensatfördersysteme Produktrohrleitungen in der Brauerei Wichtige Aspekte für die Auslegung von Rohrleitungen in der Getränkeindustrie Die Fließgeschwindigkeit Der Druckverlust beim Durchströmen einer Rohrleitung oder Armatur Druckverlustabschätzung mittels Nomogramm für Flüssigkeiten Beispiel für die Nomogramm-Anwendung: Die Reynolds-Zahl Die Grenzschichtdicke Maßnahmen gegen Flüssigkeitsschläge und Schwingungen Hinweise zur Rohrleitungsverschaltung, zum Einsatz von Armaturen und zur Probeentnahme Anforderungen an die Gestaltung von Rohrleitungen und Anlagen im Hinblick auf kontaminationsfreies Arbeiten Die Auslegung von Rohrleitungen aus der Sicht der Reinigung und Desinfektion Die Fließgeschwindigkeit bei der Produktförderung Produktvermischung beim Medienwechsel bzw. Ausschieben Oberflächenbeschaffenheit der Rohrleitungen und Armaturen 151 4

5 3.6 Hinweise für die Gestaltung von Rohrleitungen Allgemeine Hinweise Verlegung von Rohrleitungen und die Gestaltung von Rohrleitungshalterungen, Wärmedehnungen Thermisch bedingte Längenänderungen Entlüftung der Rohrleitungen, Sauerstoffentfernung Gestaltung von Wärmedämmungen bei Rohrleitungen Gestaltung von Rohrausläufen Sicherung der Rohrleitungen gegen Frost und Verstopfungen Toträume in Rohrleitungen Dampfleitungen Betriebswirtschaftliche Überlegungen und Schlussfolgerungen Allgemeine Rohrleitungen für Wasser, Dampf etc Pumpen und Verdichter Warum Pumpen? Bauformen der Pumpen Zentrifugalpumpen Kreiselpumpen für die allgemeine Verwendung Kreiselpumpen für die Getränkeindustrie Seitenkanalpumpen Die Wellendichtung Forderungen an die Aufstellung von Zentrifugalpumpen Kavitation Leistungsbedarf einer Kreiselpumpe Drehkolbenpumpen Kreiskolbenpumpen Wälzkolbenpumpen Schraubenpumpen Impellerpumpen Einspindelpumpen Schlauchpumpen Membranpumpen Membranantrieb Mechanisch angetriebene Membranpumpen Magnetantrieb Antrieb mit Druckmittler/hydraulischer Antrieb Antrieb mit Druckluft Dosierpumpen Möglichkeiten zur Veränderung des Hubes bei Dosierpumpen Membranwerkstoffe Ventile Membranpumpengehäuse Zubehör für Dosierpumpen 216 5

6 Hinweise für die Planung von Dosierpumpenanlagen Vakuumpumpen Strahlpumpen Kolbenpumpen Betriebsverhalten der Pumpen Kennlinien und Möglichkeiten ihrer Beeinflussung Die Kennlinie einer Zentrifugalpumpe Möglichkeiten der Zusammenschaltung von Pumpen Hinweise zur Pumpenauswahl Scherkräfte Hinweise zum Einsatz von Pumpen Allgemeine Hinweise Verdrängerpumpen Zentrifugalpumpen CIP bei Pumpen Verdichter Allgemeine Hinweise Energiebedarf von Verdichtern Hinweise zum Einsatz von Verdichtern Wärmeübertrager Allgemeine Hinweise zur Wärmeübertragung und Berechnung der WÜ Plattenwärmeübertrager Einführung Wärmetechnische Dimensionierung Mittlere logarithmische Temperaturdifferenz Aufbau der PWÜ Schaltung der PWÜ Ausschluss von Medienvermischung Erkennung von Schadensfällen Werkstoffauswahl Fließgeschwindigkeit in den PWÜ CIP-gerechte Installation der WÜ und sachgerechte Reinigung Temperaturbedingte Spannungen/Längenänderungen bei PWÜ Die Aufstellung der Wärmeübertrager Einhaltung des maximalen Betriebsdruckes Rohrbündelwärmeübertrager Einführung Wärmetechnische Dimensionierung Bauformen des RWÜ Vor- und Nachteile des RWÜ Fließgeschwindigkeiten im RWÜ CIP-gerechte Installation der RWÜ Temperaturbedingte Spannungen im RWÜ 274

7 5.3.8 Werkstoffe Sonstige WÜ Doppelrohr-WÜ Doppelrohr-Koaxial-WÜ Spiral-WÜ Plattenverdampfer Verdampfer Wendelrohr-Verdampfungskühler Rippenrohr-WÜ Glasrohr-WÜ Hinweise zur Gestaltung und Ausführung von Wärme- und Kältedämmungen Allgemeine Hinweise Die Ermittlung von Wärmeverlusten und die Auslegung von Wärmedämmungen Die Vermeidung von Wasserdampfdiffusion und Schwitzwasserbildung Die Ermittlung der Abkühl- bzw. Auskühlzeit von Behältern und Rohrleitungen Hinweise zur Senkung der Wärmeverluste bei kalt gehenden Rohrleitungen und Apparaten CIP-Anlagen Geschichtliche Entwicklung Begriffe und Stand der Technik Wichtige Parameter der Reinigung und Desinfektion Temperatur Konzentration Oberflächenspannung Die Benetzung durch die R/D-Medien Die Fließgeschwindigkeit Der Rieselfilm Anforderungen an Reinigungs- und Desinfektionsmittel Reinigungs- und Desinfektionsmedien CIP-Anlagen Wesentliche Komponenten einer CIP-Station Varianten für den Betrieb einer CIP-Station Ansatz und Kontrolle der R/D-Medien Die Trennung von Medien bei CIP-Anlagen Beispiele für CIP-Anlagen Reinigungsvorrichtungen für die Behälterreinigung Hinweise zur Gestaltung und zum Betrieb von CIP-Stationen, Voraussetzungen für die automatische Reinigung und Desinfektion Allgemeine Hinweise Heißreinigung Mikrobiologie 314 7

8 Empfehlungen für die Anlagenplanung Reinigungssysteme für die verlorene Reinigung Anforderungen an den Vorlaufbehälter Minimierung der Medienvermischung Rückförderung der CIP-Medien bei der Behälterreinigung Voraussetzungen für optimale CIP-Systeme Wichtige R/D-Mittel Vorbemerkung Alkalische Reinigungsmittel Saure Reinigungsmittel Desinfektionsmittel Werkstoffoberflächen, Wand- und Bodenflächen Hinweise zur Chemikalienlagerung Möglichkeiten der Kostensenkung bei der R/D Arbeitsschutz und Unfallverhütung Werkstoffe für Armaturen, Rohrleitungen und Dichtungen Metallische Werkstoffe Kennzeichnung mit dem Kurznamen Korrosionsarten Das Schweißen Reinigung/Desinfektion und Pflege des Edelstahles Oberflächenzustand Kunststoffe Dichtungswerkstoffe in der Getränkeindustrie Eigenschaften der Dichtungswerkstoffe Unterscheidungsmöglichkeiten für Elastomere Dichtungswerkstoffe Hinweise zur Beständigkeit der Dichtungswerkstoffe Schmierstoffe für Dichtungen Form der Dichtungen Haltbarkeit von Dichtungen Arbeitsschutz, Gesundheitsschutz und Gesetzliche Grundlagen Die Stellung der gewerblichen Berufsgenossenschaften Wichtige Informationsquellen zum Unfallschutz und der technischen Sicherheit Gesetzliche Grundlagen zum Unfallschutz und zur technischen Sicherheit Wichtige Dokumente zur Anlagenplanung, zum Unfallschutz und zum Gesundheitsschutz Europäisches Recht Nationale gesetzliche Grundlagen 343 Index 345 Quellennachweise 357