Inline-Viskositätsüberwachung für Zerstäubungsanwendungen
Unter Zerstäubung versteht man einen Prozess, bei dem eine Flüssigkeit in feine Tröpfchen zerlegt wird. Normalerweise geschieht dies…
Überwachung der Käsegerinnung und Automatisierung des Schneidens mit Inline-Viskositätsmessungen
- Textur und Produktkonsistenz sind für den Kunden von größter Bedeutung - bei der Herstellung ist die Viskosität der korrelierte Parameter, um die Konsistenz von Textur und Produktgefühl sicherzustellen
- Daten erfasst und verarbeitet von Rheonics Viskosimeter helfen Ihnen dabei, Schwankungen deutlich zu reduzieren, was zu einer höheren Feststoffretention und damit zu höheren Ausbeuten führt.
- Zur schnellen Analyse, schnellen Reaktion und schließlich zum automatisierten Gelschneiden werden die Festigkeitskinetik und die Milchgelfestigkeit live vor den Augen des Käsers aufgezeichnet.
Inhaltsverzeichnis
- Einführung
- Anwendung
- Viskosität als Qualitätskontrolle bei der Überwachung der Käseproduktion
- Herausforderungen bei der Überwachung der Käseproduktion
- Rheonics Solutions
- Viskositäts- und Dichtesensoren
- Integrierte Lösung RPS CoaguTrack
- Empfohlene Installation im Käsebottich
- Best Practices und Empfehlungen
Einführung
Käse ist in vielen Teilen der Welt ein Grundnahrungsmittel. Verbraucher legen großen Wert auf Geschmack und Textur. Zur Bedeutung der Textur trägt auch die komplizierte Art und Weise bei, in der sie mit ihren hochrangigen Teamkollegen interagiert: Geschmack, Aroma und Geschmack. Mit zunehmendem Wettbewerb werden Produktionseffizienz und Produktqualität immer stärker in den Vordergrund gestellt, der Einsatz von Prozesssteuerung zur Erreichung dieser Ziele wird universell, was zu Vorteilen wie verbesserter Produktqualität, reduziertem Ausschuss, reduzierten Material- und Energiekosten, Optimierung der Verarbeitung führt Zeit und mehr Prozessflexibilität.
Die Käseherstellung ist ein hochstandardisiertes Verfahren, bei dem Milch durch enzymatische Destabilisierung von Caseinproteinen zu Käsebruch in verschiedene Käsesorten umgewandelt wird. Der Umfang dieses Prozesses variiert jedoch stark von Hersteller zu Hersteller. Käse kann in großen kommerziellen Molkereien in Tanks hergestellt werden, die einen ganzen Raum füllen, kunstvoll in kleinen handwerklichen Bottichen oder in einem großen Topf in einer Wohngarage hergestellt werden. Unabhängig vom Maßstab ist eine genaue Schnittzeitbestimmung sowohl für die Qualität als auch für die Quantität des produzierten Käses äußerst wichtig.
Bei der Verarbeitung von Milchprodukten hängt die Qualität des Endprodukts stark von den verwendeten Rohstoffen, der Art und den Eigenschaften der verwendeten Zutaten sowie der verwendeten Verarbeitungsmethodik und -technologie ab. Rohstoffe können aufgrund saisonaler Schwankungen variieren (wie bei Milch), besondere Vorteile bietet der Einsatz von Sensoren, die den dynamischen Zustand eines Prozesses online und in Echtzeit ermitteln.
Abbildung 1: Zylindrische Koagulatoren für die Quarkverarbeitung (Quelle – GEA)
Anwendung
Käse ist definiert als das frische oder gereifte Produkt, das durch Koagulation von Milch und anschließende Trennung der flüssigen und festen Phasen, die das Milchkoagulat bilden, das Molke bzw. Quark genannt wird, gewonnen wird. Der Quark wird zu Käse weiterverarbeitet. Die Bildung eines Milchgels und das Schneiden des Gels in Quarkkörner, um eine Molketrennung zu ermöglichen, sind zwei Hauptarbeitseinheiten bei der Käseherstellung. Der erste Schritt der Gelbildung besteht in der kolloidalen Destabilisierung der Casein-Micellen aufgrund der chemischen Modifikation der schützenden k-Casein-Haarhülle durch die Koagulationsmittel. Der zweite Schritt besteht in der Aggregation der destabilisierten Caseinmicellen zum Gelnetzwerk. Eine weitere Vernetzung der Caseinmicellen führt zur Entwicklung eines festen Gels.
Bei den meisten Käsesorten erfolgt die Trennung von Molke und Bruch nicht spontan und erfordert das Schneiden des Gels in kleine Würfel (Bruchkörner). Dieser Vorgang erhöht das Verhältnis von Geloberfläche/Volumen, wodurch die Molke entweichen kann, während sich die Quarkkörner zusammenziehen.
Die Rückhalterate von Milchfeststoffen in Quark hängt stark von der Schnittfestigkeit des Gels ab. Die Feststoffrückhalterate oder „Käseausbeute“ misst im Gegensatz zur Gesamtkäseausbeute speziell die Leistung des Koagulationsschritts und repräsentiert die Effizienz der Koagulations- und Gelschneideschritte, um Milch in Käsebruch umzuwandeln.
Gerinnungsüberwachung
Der Milchgerinnungsprozess, insbesondere bei der Käseherstellung, hat große Beachtung gefunden. Die Echtzeit-Bestimmung der Bruchfestigkeit und die Vorhersage des Schnittzeitpunkts sind für die Kontrolle der Milchgerinnung während der Käseherstellung unerlässlich. Veränderungen in der Milchzusammensetzung und den Gerinnungsbedingungen haben einen signifikanten Einfluss auf die Härte des Bruchs und somit auf den Schnittzeitpunkt.
Kleinere Betriebe verfügen tendenziell über flexiblere Produktionspläne, was die Variabilität der Gerinnungsdauer erhöht. Große Betriebe hingegen sind hochautomatisiert und ihre Produktionsabläufe sind präzise programmiert, was eine Anpassung der Schnittzeiten oft unmöglich macht. Zur Kontrolle wird auf die Standardisierung der Milch zurückgegriffen. Leider besteht jedoch stets ein gewisses Risiko von Veränderungen der Verarbeitungsbedingungen und menschlichen Fehlern, die aufgrund der großtechnischen Produktionsabläufe zu erheblichen wirtschaftlichen Verlusten führen können.
Ein Inline-Sensor, der die Entwicklung der Gerinnung und Härte des Quarks überwacht, könnte Echtzeitinformationen liefern, die es den Betreibern ermöglichen würden, geeignete Maßnahmen zu ergreifen, um den Verlust von Fett und Feinanteilen zu minimieren.
Was ist „Zeitverkürzung“ und warum ist Zeitverkürzung so wichtig?
Bei der Käseherstellung muss das Koagulat geschnitten werden, wenn es ausreichend fest geworden ist, um diskrete Partikel zu bilden, die Molke ohne Fragmentierung ausstoßen. Aus diesem Grund erfolgt der Zeitpunkt des Bruchschneidens einige Zeit später als der Punkt der Gelierung. Dies impliziert die Notwendigkeit, die Festigkeit eines Gels zu messen, während es sich bildet und bis zu dem Punkt, an dem es zur Synärese bereit ist.
Die Gerinnung ist abgeschlossen, sobald sich aus den aggregierten Proteinen ein festes Gel gebildet hat. Dieser Zeitpunkt wird als „Schnittzeitpunkt“ bezeichnet; er markiert das Stadium, in dem das Gel geschnitten werden muss, um den Käsebruch von der flüssigen Molke zu trennen. Nach dem Schneiden findet die Synärese statt, ein Prozess, bei dem die flüssigen Molkeproteine ausgestoßen werden. Nach Abschluss der Synärese besteht das Endprodukt aus Käsebruchpartikeln, die in flüssiger Molke suspendiert sind.
Die Auswahl der Schnittzeit (CT) hängt von den rheologischen und mikrostrukturellen Eigenschaften der Gele ab, wie etwa der Koagulatfestigkeit und der Fähigkeit zur Umlagerung, die wiederum von den Koagulationsfaktoren, der Milchzusammensetzung und der Milchvorbehandlung abhängen.
Aus diesem Grund beeinflusst die Wahl der Schnittgeschwindigkeit maßgeblich den Feuchtigkeitsgehalt, die Ausbeute und die Qualität des Käses sowie die Molkenfettverluste. Auch die Schnitt- und Rührgeschwindigkeit kann die Partikelgröße des Käsebruchs und/oder die Fettverluste in die Molke beim Abtropfen deutlich beeinflussen. Bei gleichbleibender Schnitt- und Rührgeschwindigkeit verstärkt ein zu frühes Schneiden des Gels die mechanische Belastung der Bruchkörner durch die Schneid- und Rührvorgänge, was zu mehr Feinanteilen im Käsebruch und höheren Molkenfettverlusten führt und somit die Käseausbeute verringert.
Im Gegensatz dazu führt eine Verzögerung des Schnittvorgangs tendenziell zu einer geringeren Käseausbeute. Eine zu lange Verzögerung des Schnittvorgangs führt jedoch auch zu einem übermäßig festen, nicht komprimierbaren Käsebruch, wodurch der Feuchtigkeitsgehalt ansteigt. Ein zu hoher Feuchtigkeitsgehalt verursacht eine scheinbare Ertragssteigerung und kann den Reifungsprozess beeinträchtigen, was die Käsequalität mindert. Die wirtschaftlichen Auswirkungen einer fehlerhaften Schnittauswahl auf Ertrag und Qualität wurden bisher nicht systematisch untersucht.
Abbildung 2: Methoden zur Vorhersage der Schneidezeit bei der Käseherstellung, M Castillo (2006)
Unabhängig von der Größe des Herstellers und der Käsesorte ist das Schneiden des Milchgels wahrscheinlich der am wenigsten kontrollierbare Schritt im Käseherstellungsprozess, und ein Großteil der Gesamtausbeute hängt von diesem kritischen Schritt ab. Käsehersteller benötigen ein Instrument, um die Festigkeit der gerinnenden Milch präzise und in Echtzeit zu messen und so im richtigen Moment die richtige Entscheidung treffen zu können. Frühere Techniken nutzten bewegliche Kolben oder Membranen, die den Widerstand des Gerinnsels gegen die Bewegung erfassten. Diese hatten jedoch den Nachteil, dass die Bewegung das sich bildende Gel störte und somit die Messung der Gelelastizität beeinträchtigte. Obwohl sich solche Geräte für die Käseforschung als sehr nützlich erwiesen, beschränkte sich ihr Einsatz aufgrund ihrer Größe, der Schwierigkeiten bei der Integration und der Beeinträchtigung des Käsekessels auf Laborarbeiten.
In der Praxis wird das Gel üblicherweise nach einer vorbestimmten Reaktionszeit oder nach subjektiver Beurteilung der Textur und des Aussehens des Gels durch den Bediener geschnitten. Dieses Verfahren ist weit verbreitet, seine Zuverlässigkeit jedoch fraglich, da zahlreiche Faktoren die Festigkeit des Käsebruchs und die Mikrostruktur des Gels beeinflussen und somit den optimalen Schnittzeitpunkt verändern können.
Viele Käsehersteller greifen auf die Fingerpalpation zurück, eine Technik mit bekannten Nachteilen wie der fehlenden Möglichkeit zur Echtzeitprüfung und dem Mangel an erfahrenen Käseherstellern. Zudem ist diese Methode subjektiv und nicht quantitativ. Sie lässt jedoch viel Spielraum für Abweichungen, die auf dem Urteil des Prüfers beruhen. Mit dem Wachstum der Milchindustrie und der zunehmenden Verlagerung der Käseherstellung in größere Produktionsanlagen wurde deutlich, dass eine wissenschaftlichere und standardisierte Methode zur Bestimmung des optimalen Schneidezeitpunkts entwickelt werden sollte.
Eine weitere Möglichkeit besteht darin, den Käsebruch nach empirischer Einschätzung zu schneiden. Käsehersteller können den richtigen Zeitpunkt zum Schneiden aufgrund ihrer Erfahrung mit erstaunlicher Treffsicherheit bestimmen, aber durch die empirische Inspektionsmethode lässt er sich sicherlich nicht optimieren.
Die meisten zerstörungsfreien Prüfverfahren messen Änderungen der Leitfähigkeit bestimmter physikalischer Eigenschaften wie elektrischer Strom, Wärme, Ultraschall oder elektromagnetische Strahlung. Die elektrische Leitfähigkeit steigt während der Milchgerinnung um 0.5–1 % an. Diese Messmethode weist jedoch einige wesentliche Einschränkungen auf, beispielsweise einen hohen Temperaturkoeffizienten der Leitfähigkeit und mögliche Störungen durch die ursprünglichen Elektrolyte der Milch. Ein Wärmeleitfähigkeitssensor erfasst die durch die Viskositätsänderung während der Gerinnung verursachten Änderungen des konvektiven Wärmeübergangs von einem Heizdraht an die umgebende Milch.
Der Heißdrahtsensor misst den Gelierpunkt sehr genau, ist aber bei der Vorhersage des Schnittpunkts der Gallerte weniger präzise. Die Viskosität steigt zwischen dem Beginn der Aggregation und dem Einsetzen der sichtbaren Koagulation exponentiell an, wodurch der Heißdraht für die Messung der Gelsteifigkeit weniger geeignet ist. Er ist zudem in Umgebungen mit variablem Proteingehalt ungeeignet, da Protein zwar einen großen Einfluss auf die Verfestigungsgeschwindigkeit der Gallerte hat, aber nur einen geringen Einfluss auf den Zeitpunkt der Gelbildung – den der Heißdraht misst.
Das Fehlen einer strengen CT-Charakterisierung und die üblichen Schwankungen des Milchproteingehalts zwingen moderne Käsereien dazu, den Proteingehalt der Milch zu standardisieren, um Gerinnung, Gelfestigung, Quarksynärese, Käseausbeute und Produktqualität zu kontrollieren. Im Laufe von mehr als sieben Jahrzehnten wurden zahlreiche verschiedene Techniken zur Überwachung der Milchgerinnung und Quarkfestigung vorgeschlagen. Dies zeigt deutlich, dass die traditionellen Methoden den industriellen Anforderungen an die CT-Auswahl nicht vollständig gerecht werden.
Die Wechselwirkung von Lichtteilchen mit Materieteilchen, bei der die Lichtteilchen ihre Richtung ändern oder einen teilweisen Energieverlust oder -gewinn erfahren können, wird als „Lichtstreuung“ bezeichnet. Die Intensität dieser Streuung kann je nach den Materialien, mit denen das Licht wechselwirkt, variieren, weshalb die Interpretation der Lichtstreuung vielfältige Anwendungen findet. Eine dieser Anwendungen liegt in der Käseherstellung, wo verschiedene optische Verfahren erfolgreich entwickelt wurden, um die Gerinnung zu überwachen und den optimalen Schnittzeitpunkt bestimmter Käsesorten vorherzusagen. Das Licht wird von der Mizelle in alle Richtungen gestreut; daher findet nur eine geringe Absorption durch das Protein statt.
Bei der Überwachung der Gerinnung oder der Vorhersage des Schnittzeitpunkts mittels Lichtstreuung spielen verschiedene Faktoren eine Rolle. Wie bereits erwähnt, wird Licht von den Mizellen in der Milch in alle Richtungen gestreut. Im Käseherstellungsprozess denaturieren und aggregieren die Mizellen jedoch nach Zugabe eines Enzyms. Die Lichtstreuung denaturierter Mizellen ist deutlich intensiver. Daher kann diese Eigenschaft der Lichtwechselwirkung genutzt werden, um die Festigkeit des Gerinnsels zu quantifizieren.
Da die Schnittzeit anhand eines Modells bestimmt wird, besteht stets eine gewisse Abweichung zwischen der tatsächlichen und der vorhergesagten Schnittzeit. Bei Änderungen der Zusammensetzung und der Zutaten kann es daher erforderlich sein, ein neues, besser geeignetes Modell zu entwickeln, um verlässliche Vorhersagen zu ermöglichen, da diese Methode nicht direkt ist.
Um einen Algorithmus zur Vorhersage der Schnittzeit zu entwickeln, muss die Korrelation zwischen den Parametern aus dem diffusen Reflexionsprofil und der Schnittzeit abgeleitet werden. Indirekte Methoden sind stets mit einem Messfehler behaftet.
Viskosität als Qualitätskontrolle bei der Überwachung der Käseproduktion
Den größten Einfluss auf den Käseherstellungsprozess haben die Eigenschaften der dabei verwendeten Milch. Vor allem die Milchproteine sind für die Käsequalität sehr wichtig, deren Ergebnis stark von der Struktur und den Wechselwirkungen dieser Proteine abhängt. Veränderungen der Milchzusammensetzung können den Geschmack und die Textur von Käse auf vielfältige Weise beeinflussen. Zu diesem Zweck ist die Milchzusammensetzung bei der Käseherstellung hochgradig standardisiert, um je nach gewünschter Milchsorte einheitliche Fett-Protein-Verhältnisse zu erreichen.
Der Einfluss der Saisonabhängigkeit der Milch wurde durch andere unkontrollierte Variablen (Wärmebehandlung, Temperatur, pH-Wert und Lab-Typ) verfälscht. Dies zeigt den Wert der Online-Messung, da es aufgrund der interaktiven Effekte so vieler Variablen nicht möglich war, die Bruchfestigkeit in einer kommerziellen Käseherstellungssituation aus Offline-Messungen vorherzusagen.
Inline-Prozessmessungen für die kontinuierliche Fertigung zur Steigerung von Ausbeute, Sicherheit und Produktivität
Da die Käseherstellung zunehmend mechanisiert wurde und Fragen der Lebensmittelsicherheit immer kritischer wurden, begann die kommerzielle Käserei, um eine Reihe von geschlossenen Bottichen herum zu arbeiten, mit weniger Möglichkeiten für den Käser, die Gelstärke manuell zu beurteilen. Der Betriebsumfang moderner Anlagen, gepaart mit ständig steigenden Anforderungen an die Qualitätskontrolle, hat zu einem Interesse an Systemen geführt, die die Quarkbildung online überwachen. Außerdem erfordert der gleichzeitige Betrieb einer Reihe von Käsebottichen einen zeitbasierten Zyklus, bei dem alle Bottiche nacheinander gefüllt und entleert werden, um einen ziemlich kontinuierlichen Milchfluss aus der Annahme-/Pasteurisieranlage zu unterstützen. Daher ist ein Online-Gerät zum Messen der Gerinnselbildung sehr wünschenswert, aber es müsste nicht aufdringlich sein und vor Ort gereinigt werden können. Zwei wichtige Gründe, die eine Inline-Prozessmessung äußerst wertvoll machen können:
- Kontinuierliche Produktion: Um mechanisierte Prozesse in der Industrie zu unterstützen und die Produktionsprozesse problemlos skalieren zu können, benötigen Käsehersteller zuverlässige Prozessinstrumente, die ihnen Echtzeit-Einblicke ermöglichen und so eine schnelle Anpassung erlauben. Die Automatisierung von Korrekturmaßnahmen und die Reduzierung manueller Eingriffe erhöhen die Sicherheitsstandards und die Zuverlässigkeit der Abläufe.
- Sicherheits- und Hygienestandards der Lebensmittelverarbeitung: Es besteht ein dringender Bedarf, von manuellen Messungen abzurücken, da diese gegen gesetzliche Vorgaben und die Hygieneerwartungen der Kunden verstoßen können. Die Inline-Messgeräte müssen mit hygienischen Prozessanschlüssen ausgestattet, leicht zu reinigen und CIP/SIP-kompatibel sein.
Abbildung 3: Industrielle Käsekessel (Quelle – TetraPak)
Inline-Viskosimeter für die Schnittzeit
Typische Herstellungsverfahren in der Milchverarbeitung, wie thermische Zyklen und mechanische Bearbeitungsprozesse (Rühren, Filtrieren, Kneten, Komprimieren usw.), können die rheologischen Eigenschaften und damit die Eigenschaften des Endprodukts erheblich verändern. Um einen Herstellungsprozess zu steuern, muss zunächst ein Qualitätsmerkmal oder Parameter identifiziert und anschließend gemessen werden, der den aktuellen Prozesszustand charakterisiert. Die Viskosität ist eine wichtige physikalische Eigenschaft der gerinnenden Milch. Sie ermöglicht tiefere Einblicke in die Vorgänge auf molekularer Ebene und charakterisiert den Prozesszustand oft sehr gut, sowohl allein als auch in Kombination mit anderen physikalischen und chemischen Eigenschaften.
Im Vergleich zu anderen Online-Messverfahren wie Heißdraht- und optischen Methoden ist die Viskositätscharakterisierung eine direkte Methode – Vorhersagemodelle oder Schätzungen sind nicht erforderlich. Ein kompaktes Inline-Viskosimeter lässt sich einfach installieren, erfüllt die Hygienevorschriften und ist problemlos in industrielle SPS-Systeme integrierbar. Dies bietet Molkereien einen erheblichen Mehrwert für die präzise Steuerung des Käseschnitts.
Viel mehr als nur Schnittzeitbestimmung für die Käser
Käse muss aus Rohstoffen hergestellt werden, deren Zusammensetzung und physikalische Eigenschaften variieren können und die daher von gleichbleibend hoher Qualität sein müssen, um strenge Vorgaben zu erfüllen. Der Verbraucher erwartet ein Produkt mit einer angemessenen und gleichmäßigen Textur – eine Eigenschaft, die von der Viskosität beeinflusst wird.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Inline-Viskositätsmessung und -regelung durch folgende Hauptmethoden ein effektives und vorteilhaftes Mittel zur Prozesskontrolle bei der Käseherstellung darstellt:
- Endpunkt des Misch-, Homogenisierungs- und Koagulationsprozesses erkennen: Während des Koagulationsprozesses ist die Viskositätscharakterisierung hilfreich, um die Stabilität und den Endpunkt zu bestimmen. Bei der Homogenisierung steigt die Viskosität der Formulierung mit abnehmender Tröpfchengröße deutlich an. Das Ausmaß dieses Anstiegs ist daher ein guter Indikator für die Emulsionsqualität. Die Online-Viskositätsüberwachung ermöglicht je nach Bedarf die manuelle oder automatische Anpassung von Rührintensität, Drehzahl und anderen Prozessparametern.
- Besseres Management und Handling der Zutaten: Die Konzentration korreliert stark mit der Viskosität; daher können die Viskositätsinformationen effektiv zur Vorhersage oder Überprüfung genutzt werden.
Aus diesen Gründen kann die mit einem Inline-Viskosimeter erhaltene Viskositätsmessung einen hervorragenden QC-Benchmark liefern und die QA / QC des Prozesses und des Endprodukts sicherstellen.
Herausforderungen bei der Überwachung der Käseproduktion
Ingenieure und Anlagenbediener in der Milchverarbeitung wissen um die Notwendigkeit, Viskositätsmessungen durchzuführen und durch geeignete Korrekturmaßnahmen einzugreifen, um eine hohe und gleichbleibende Produktrheologie zu gewährleisten. Die Durchführung dieser Messungen hat sie jedoch über die Jahre vor Herausforderungen gestellt.
Offline-Stichproben sind einfach unzuverlässig und nicht für die Milchindustrie geeignet
Die Überwachung der Viskosität einer Flüssigkeit in einem Prozess erfordert häufig die Entnahme einer Probe aus einem Tank oder einer Rohrleitung und deren Transport in ein Labor zur Messung ihrer rheologischen Eigenschaften mit einem Laborviskosimeter oder Rheometer. Anhand der Ergebnisse muss der Prozessbediener darüber informiert werden, ob die Flüssigkeit die gewünschte Viskosität aufweist oder ob weitere Maßnahmen erforderlich sind. In diesem Fall müssen nach dem Eingriff erneute Messungen durchgeführt werden. Dieses System wird als Offline- oder manuelle Kontrolle bezeichnet und hat einige offensichtliche Nachteile: Es ist zeitaufwändig und selbst bei erfahrenen Bedienern oft ungenau. Meistens kommen die Ergebnisse zu spät, um eine Charge noch zu retten.
Alternativ kann ein Inline-Viskosimeter eingesetzt werden, das die Viskosität der Prozessflüssigkeit während des gesamten Prozesses kontinuierlich überwacht. Dieses Gerät liefert ein Ausgangssignal, das, sofern angezeigt, dem Bediener die notwendigen Informationen zur Prozesssteuerung bereitstellt. Alternativ können die Ausgänge des Viskosimeters zur automatischen Prozesssteuerung an eine SPS (Speicherprogrammierbare Steuerung) bzw. ein DCS (Digitales Steuerungssystem) angeschlossen werden.
Probleme mit herkömmlichen Viskosimetern für die Inline-Installation
Herkömmliche Viskosimeter stoßen bei turbulenten Strömungen in Rohrleitungen und Mischbehältern auf Probleme. Generell arbeiten Viskosimeter bei turbulenten Strömungen nicht zuverlässig. Rotationsviskosimeter sind nur bis zu einer bestimmten maximalen Durchflussrate einsetzbar. Bei Druckverlustviskosimetern muss der Durchfluss kontrolliert werden. Strömungsbedingte Probleme lassen sich vermeiden, indem das Viskosimeter online installiert und der Probenstrom entsprechend angepasst wird. Die Ansprechzeit des Instruments hängt von den Strömungsbedingungen ab, da eine ausreichende Probenwechselrate für eine effektive Regelung erforderlich ist. Bei der Installation in einem Mischbehälter ist es ratsam, das Instrument so zu positionieren, dass die angrenzende Flüssigkeit den Gesamtzustand der Prozessflüssigkeit repräsentiert und Totzonen vermieden werden. Instrumente, die in Prozessumgebungen eingesetzt werden, müssen robust und beständig gegen korrosive Stoffe sein, insbesondere während der Reinigung.
Rheonics' Lösungen zur Gerinnungsüberwachung in der Käseproduktion
In der kontinuierlichen Lebensmittelverarbeitung, beispielsweise bei der Käseherstellung, ist die Echtzeit-Inline-Sensorik für eine präzise Prozesssteuerung unerlässlich. Durch die kontinuierliche Messung der Prozessbedingungen können Hersteller die Leistung optimieren, die Produktkonsistenz verbessern und Abfall reduzieren.
Um in diesen industriellen Umgebungen effektiv zu sein, müssen Sensoren sich nahtlos in Steuerungssysteme integrieren lassen, stabile Messwerte unter variierenden Durchfluss- und Umgebungsbedingungen liefern und einen hygienischen, zuverlässigen Betrieb über Zeit und Temperaturänderungen hinweg gewährleisten.
RheonicsInline-Sensoren sind so konzipiert, dass sie diese Anforderungen erfüllen – sie ermöglichen einen höheren Automatisierungsgrad und unterstützen die digitale Transformation in der Milchproduktion. Mit zuverlässigen Prozessdaten können Anlageningenieure vorausschauende Wartung implementieren, die Betriebseffizienz steigern und eine gleichbleibende Produktqualität, Ausbeute und Leistung sicherstellen.
Viskositäts- und Dichtemessgeräte
- In-line Viskosität Messungen: Rheonics' SRV Der Sensor ermöglicht eine kontinuierliche Viskositätsmessung in Echtzeit über einen weiten Bereich unter allen Prozessbedingungen. Er erkennt selbst geringfügige Änderungen der Flüssigkeitskonsistenz und ermöglicht so eine präzise Überwachung während der gesamten Produktion.
- In-line Viskosität und Dichte Messungen: Rheonics' SRD Das SRD ist ein Inline-Messgerät zur simultanen Messung von Dichte und Viskosität. Wenn Dichtemessungen für Ihre Betriebsabläufe wichtig sind, ist das SRD der optimale Sensor für Ihre Anforderungen. Es bietet ähnliche Funktionen wie das SRV und liefert gleichzeitig präzise Dichtemessungen.
Bei der Käseherstellung besteht ein direkter Zusammenhang zwischen der Viskosität und der Festigkeit des Käsebruchs. Rheonics SRV- und SRD-Sensoren ermöglichen die Echtzeitüberwachung der Festigkeitsentwicklung während der Gerinnung – wodurch der optimale Schnittpunkt präzise ermittelt und die Gesamtausbeute sowie die Konsistenz verbessert werden.
Vorteile
Rheonics Die Sensoren basieren auf der patentierten Balanced Torsional Resonator (BTR)-Technologie und bieten mehrere Vorteile:
- Kompaktes und leichtes Design
- Hohe Beständigkeit gegen äußere Vibrationen
- Einfache Installation (OEM oder Nachrüstung)
- Keine Wartung oder Neukalibrierung erforderlich
- Keine Verbrauchsmaterialien oder beweglichen Teile
- Gleichbleibende Genauigkeit unabhängig von der Installationsposition
- Hygienisches Design, kompatibel mit CIP/SIP-Reinigungsprozessen
Diese Eigenschaften führen zu hochzuverlässigen Messungen und extrem niedrigen Betriebskosten über die gesamte Lebensdauer.
Alle Rheonics Sonden des Typs SR sind hygienisch konstruiert und daher für Sanitäranwendungen geeignet. Zertifizierungen wie 3-A und EHEDG sind bei Bedarf verfügbar. Weitere Informationen finden Sie unter [Link einfügen]. Rheonics hygienische und sanitäre Installation.
Abbildung 4: Verfügbare Hygienezertifizierungen für Rheonics Sensors
Integrierte Systeme RPS CoaguTrack
Rheonics CoaguTrack RPS ist eine Komplettlösung zur Überwachung der Gerinnungs- und Festigkeitskinetik. Das System kombiniert Inline-Sensoren mit industrieller Software und Steuerungsintegration zur Überwachung von:
- Gerinnungsgeschwindigkeit
- Festigkeitsentwicklung
- Temperaturverhalten
Das System signalisiert automatisch den optimalen Schnittpunkt anhand vordefinierter Rezeptparameter. Dies gewährleistet einen maximalen Erhalt der Milchfeststoffe und eine gleichbleibende Produktqualität.
CoaguTrack kann direkt in Anlagenautomatisierungssysteme integriert oder über ein lokales Bedienfeld gesteuert werden, wodurch sowohl automatisierte als auch bedienergestützte Arbeitsabläufe ermöglicht werden.
Abbildung 5: Übersicht Rheonics RPS CoaguTrack Anwendung in der Käseproduktion
Sensorinstallation
Rheonics Sensoren werden üblicherweise direkt im Käsebottich zur Echtzeitüberwachung installiert. Diese Inline-Konfiguration macht Bypass-Systeme überflüssig und gewährleistet stabile, präzise Messungen unabhängig von Durchflussbedingungen oder Vibrationen.
Zur Überwachung der Käsegerinnung Rheonics Die SRV- und SRD-Sensorsonden werden direkt im Käsebottich installiert, um Viskosität (Festigkeit) und Dichte in Echtzeit zu messen. Eine Bypassleitung ist nicht erforderlich: Der Sensor kann direkt in die Leitung eingetaucht werden; Durchflussrate und Vibrationen beeinträchtigen die Messstabilität und -genauigkeit nicht. Optimieren Sie die Mischleistung durch wiederholte, aufeinanderfolgende und konsistente Messungen der Flüssigkeit.
Empfohlene Sensorsondenvarianten
Für diese Anwendung werden die folgenden Sondenvarianten empfohlen. Sie verfügen über 3-A- und EHEDG-Zertifizierungen. Für eine hygienische Installation beachten Sie bitte die folgenden Hinweise. EHEDG-Handbuch und die nachstehenden Empfehlungen.
-
Variante X1-12G: Gewindeanschluss G1/2", ideal für flächenbündige Installationen mit minimalen oder keinen Totzonen. Empfohlen wird die Verwendung mit den Zubehörteilen HAW-12G-OTK und PLG-12G (Schweißring und Verschlussstopfen). Der Vorteil dieser Lösung liegt in der Vermeidung von Totzonen durch die flächenbündige Installation.
Abbildung 6: Dichte- und Viskositätsmessgerät SRV und SRD X1-12G Gewinde G1/2″
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Tri-Clamp Anschluss (1.5 Zoll und größere Größen erhältlich), weit verbreitet in Hygieneanwendungen
Abbildung 7: Dichte- und Viskositätsmessgerät SRV und SRD X3-15T Tri-Clamp 1.5 mm
-
Weitere Varianten: Varinline-Flansche und andere hygienische Prozessanschlüsse sind erhältlich. Lange Einführsonden werden ebenfalls angeboten (Variante X5).
Für genaue Messungen müssen sowohl die SRV- als auch die SRD-Sensoren folgende Anforderungen erfüllen:
- Vollständig in die Prozessflüssigkeit eingetaucht
- Frei von Ablagerungen oder Verstopfungen im Erfassungsbereich
Abbildung 8: Rheonics SRV- und SRD-Erfassungsbereiche
Zusätzliche Anforderungen für SRD
- Die thermische Stabilität muss auch bei Temperaturgradienten über 15°C aufrechterhalten werden. Mehr erfahren.
- Richten Sie die Sensorspitze in Strömungsrichtung aus, was für die Installation in Rohrleitungen relevant ist. Mehr erfahren.
Einlegen in Käsebottich
Am Boden oder an der Wand des Bottichs
Zur Installation im Käsebottich, Rheonics Die Sonden müssen so weit eingeführt werden, dass der Messbereich vollständig in die zu untersuchende Flüssigkeit eintaucht. Dies wird üblicherweise durch verschweißte Anschlüsse erreicht. Für hygienische Anwendungen, Rheonics bietet Weldolet-Zubehör für G 1/2" und Tri-Clamp Prozessanschlüsse. Diese Schweißverbindungen weisen eine verkürzte Bauhöhe auf, wodurch Totzonen in der Anlage minimiert oder vollständig eliminiert werden.
Abbildung 9: Rheonics SRV-X1-12G wurde mit Hilfe von Weldolet HAW-12G am Boden des Käsebehälters montiert.
Der HAW-12G-OTK ist ein hygienischer Adapter-Schweißring für Sensoren mit G 1/2"-Gewindeanschluss. Er gewährleistet eine sichere, hygienische Abdichtung und ausreichende Eintauchtiefe für hygienische Anwendungen. Weitere Informationen finden Sie unter [Link einfügen]. HAW-12G-OTK.
Abbildung 10: Rheonics HAW-12G-OTK flächenbündige Installation
Der WFT-15T ist ein hygienischer Tri-Clamp Weldolet für Sensoren mit Tri-Clamp Prozessanschlüsse. Es gewährleistet eine zuverlässige, hygienische Abdichtung und das ordnungsgemäße Eintauchen des Sensorelements in hygienischen Anwendungen. Weitere Informationen finden Sie unter WFT-15T.
Abbildung 11: Rheonics WFT-15T verkürzte Aderendhülsen
Von der Oberseite des Bottichs
Bei dieser Installation wird die Sonde an der Behälterwand befestigt und senkrecht in die Flüssigkeit eingetaucht. Dies ist in manchen Behältern mit offenem Deckel oder in Testaufbauten wie kleinen Behältern oder Bechergläsern möglich. Der Vorteil dieser Installation liegt in der guten Zugänglichkeit der Sonde und ihrer einfachen Entnahme bei Bedarf.
Rheonics bietet einige Zubehörteile zum Befestigen und Montieren der Sonde in offenen Tanks an. Zum Beispiel die APC-Zubehör und Montage-Kits dienen dazu, die Sonde an einem festen Punkt am Behälter zu befestigen. Diese Installation erfordert im Allgemeinen eine Variante mit langer Einführsonde, d. h. -X5 or -X8.
Abbildung 12: Rheonics Beispiel für ein Montagekit zur Installation von oben auf dem Bottich
Best Practices und Empfehlungen
Anfangsphase
Nach der Installation des Rheonics Sensor und/oder Rheonics RPS CoaguTrackZunächst wird in der Regel eine Beobachtungs- und Lernphase eingehalten. Normale Betriebsabläufe, wie z. B. Sichtprüfungen oder das Schneiden zu festgelegten Zeitpunkten, sind weiterhin erforderlich, um den Prozess zu steuern. Es wird empfohlen, dies über einige Wochen und mit so vielen Produkten/Rezepturen wie möglich durchzuführen, um aussagekräftige Daten zu erhalten. Rheonics Sensoren. Es werden externe Messungen empfohlen, die in der Käseherstellung üblich sind, vor, während und nach der Produktion, wie z. B. Mengen an Lab, Protein, Milch, Fett, Gewicht des fertigen Käses, pH-Wert usw., damit diese Variablen später in der Datenanalyse verwendet werden können. Ziel ist es, für jedes Rezept optimale Festigkeitsschwellenwerte zu ermitteln. Sobald diese ermittelt sind, kann die vollständige Automatisierung erfolgen.
Prozessoptimierung
Sobald ausreichend Daten gesammelt wurden:
- Definiere präzise Schnittpunkte basierend auf der gemessenen Festigkeit
- Übergang zur automatisierten Steuerung mittels CoaguTrack
- Die Leistung durch Datenanalyse kontinuierlich verbessern
Einbaupunkt in MwSt.
Rheonics Die Sensorsonden können am Boden, an der Wand oder an der Oberseite des Behälters montiert werden. Die meisten Kunden wählen den optimalen Montagepunkt unter Berücksichtigung der konstruktionsbedingten Einschränkungen des Behälters. Es empfiehlt sich jedoch, Messungen an verschiedenen Stellen, auch gleichzeitig mit mehreren Sensoren, durchzuführen. Rheonics Mithilfe von Sensoren lässt sich ermitteln, wo die besten und repräsentativsten Messwerte erzielt werden. Unterschiedliche Produkte und Rezepturen können an verschiedenen Stellen im Behälter wertvollere Daten liefern.
Vorgeschlagene Produkte für die Anwendung
- Breiter Viskositätsbereich - Überwachen Sie den gesamten Prozess
- Wiederholbare Messungen in Newtonschen und Nicht-Newtonschen Flüssigkeiten, einphasigen und mehrphasigen Flüssigkeiten
- Alle 316L-medienberührten Teile aus Edelstahl sind hermetisch abgedichtet
- Eingebauter Sensor zur Messung der Temperatur der Flüssigkeit
- Kompakter Formfaktor für den einfachen Einbau in bestehende Prozesslinien
- Einfach zu reinigen, keine Wartung oder Neukonfiguration erforderlich
- Einzelnes Instrument zur Messung von Prozessdichte, Viskosität und Temperatur
- Wiederholbare Messungen in newtonschen und nicht-newtonschen Flüssigkeiten, einphasigen und mehrphasigen Flüssigkeiten
- Ganzmetallkonstruktion (316L Edelstahl)
- Eingebauter Sensor zur Messung der Temperatur der Flüssigkeit
- Kompakter Formfaktor für den einfachen Einbau in bestehende Rohre
- Einfach zu reinigen, keine Wartung oder Neukonfiguration erforderlich
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