Zeit ist relativ und Lichtgeschwindigkeit ist
absolut, das Weltall ist endlich und in sich geschlossen. Vieles
von Einstein erkannte, übersteigt unser Vorstellungsvermögen.
Die naturwissenschaftlichen Aussagen von Isaac Newton sind für
die meisten wesentlich leichter zu begreifen und gehören
deshalb weiterhin zum Lehrplan der allgemeinbildenden Schulen.
Albert Einsteins Erkenntnisse werden vom deutschen Schulsystem
hingegen noch weitgehend ignoriert. Auch wenn wir es besser
wissen, unser tägliches Leben wird von subjektiven Erfahrungen
geprägt. So wie die Zeit für uns absolut ist und Wasser
den Berg hinunter fließt, kommen wir mit der Welt des
Isaac Newton relativ gut zu Recht. So wird nach dem Stand der
Technik ein Plattenapparat mit positivem Druckgefälle ausgelegt,
damit im Falle einer Leckage das Produkt nicht kontaminiert
werden kann.
In der Bierflasche herrscht der CO2-Sättigungsdruck.
Obwohl der Druck in der Bierflasche selbst bei sehr niedriger
Temperatur noch deutlich höher ist, als der atmosphärische
Druck, dringt bei einer barrierefreien Standard-PET-Flasche
eine erhebliche Menge Luftsauerstoff in die Flasche ein. Jedem
Fachmann ist klar, dass zahlreiche Materialien nicht gasdicht
sind und durch die Partialdrücke in der Flasche und in
der Atmosphäre, CO2 nach außen diffundiert und Luftsauerstoff
in die Flasche eindringt. Es gibt zahlreiche Untersuchungen,
die sich mit dem Gasaustausch z.B. auch in Dichteinlagen von
Verschlüssen beschäftigen. Dieses Thema ist allgemein
bekannt.
Vor etwa einem Jahr wurde an dieser Stelle die
Frage gestellt: Reicht es bei einem Mikroriss in einer Platte
eines Plattenwärmeübertragers aus, wenn der Apparat
mit positivem Druckgefälle betrieben wird?
Literaturangaben bezüglich des osmotischen
Drucks in Bier und Wärmeträgern sind meist sehr unpräzise
formuliert. Es kann aber als sicher gelten, dass der osmotische
Druck des Bieres höher ist, als der eines Glykol-Wassergemisches.
Inzwischen haben einige große Brauereien
eigene Untersuchungen angestellt und mussten die im vergangenen
Jahr gestellte Frage verneinen. Es gilt als gesichert, dass
trotz eines positiven Druckgefälles z.B. Glykol in den
Hauptproduktstrom eindringen kann. Wenn es sich um Mikrorisse
oder Pinholes handelt, ist eine treibende Kraft der osmotische
Druck. Bei größeren Rissen oder Löchern überwiegt
hingegen das Druckgefälle. Da innerhalb eines Wärmeübertragers
immer turbulente Strömung herrschen sollte, sind die allgemein
gebräuchlichen Modelle, die auf laminarer Strömung
basieren, unbrauchbar. Durch die turbulente Strömung gibt
es trotz eines positiven Druckgefälles im Bereich der Leckage
immer einen Stoffaustausch in beide Richtungen.
Risse oder kleinste Löcher in Plattenwärmeübertragern
sind viel häufiger anzutreffen, als die meisten Betreiber
dies vermuten. Selbst bei fabrikneu ausgelieferten Apparaten
sind Risse in Platten keine Seltenheit. Üblicherweise werden
Fehlstellen mit der Farbeindringprüfung oder der noch empfindlicheren
fluoreszierenden Eindringprüfung nach DIN EN 571-1 ermittelt.
Es muss dringend empfohlen werden, diese Prüfung regelmäßig,
z.B. bei einer jährlichen Routineinspektion oder spätestens
beim Dichtungswechsel und vor jeder Erstinbetriebnahme durchzuführen.
Auch wenn die Entstehung von Rissen nicht vollkommen
ausgeschlossen werden kann, so gibt es doch einige Ursachen,
die man weitgehend vermeiden kann. Beim Anfahren leerer Rohrleitungen
und leerer Plattenapparate entstehen teilweise extrem hohe Strömungsgeschwindigkeiten.
Rohrleitungen und Plattenapparate sollten deshalb möglichst
nie entleert werden und falls eine Entleerung nicht zu vermeiden
ist, sollten sie sehr langsam befüllt werden, bevor sie
wieder in Betrieb genommen werden. Extreme Temperatur- und/oder
Druckunterschiede, wie sie z.B. beim Sterilisieren mit Dampf
auftreten können, sollten vermieden werden. Apparate sollten
nicht nachgespannt werden, falls sie nachgespannt werden, darf
auf keinen Fall das vom Hersteller angegebene minimale Spannmaß
unterschritten werden. Dies mag profan klingen, es ist aber
eine der häufigsten Ursachen für beschädigte
Platten.
Wenn es nicht sicher auszuschließen ist,
dass sich der Wärmeträger mit dem Produkt mischt,
muss jede gesundheitliche Schädigung des Konsumenten durch
eine etwaige Kontamination vermieden werden. In den allermeisten
Fällen wird in Brauereien als Wärmeträger eine
Wasser-Propylenglykol- oder eine Wasser-Äthanol-Mischung
eingesetzt. Beides ist im Bier physiologisch unbedenklich. Übliche
Leckagen sind so gering, dass sie mit der heute verfügbaren
Analytik nicht nachgewiesen werden können. Seit Jahren
ist der Verfasser - bis jetzt leider vergeblich - auf der Suche
nach einem gesundheitlich unbedenklichen, preiswerten Tracer.
Bis ein solcher zur Verfügung steht, bleibt einem verantwortungsbewussten
Betreiber nur die routinemäßige Prüfung auf
Undichtigkeiten.
Ob es Sinn macht, durch geeignete Zusätze
den osmotischen Druck auf der Wärmeträgerseite so
zu verändern, dass bei Mikrorissen Bier in den Wärmeträger
und nicht Wärmeträger ins Bier gelangt, lässt
sich nicht mit einem einfachen ja oder nein beantworten, da
es nicht einfach ist, geeignete Zusätze zu definieren.
Sicherlich wäre eine wissenschaftliche Arbeit zu diesem
Thema sehr wünschenswert, um dem Praktiker eine echte Hilfe
zu geben.
(Tief-)kühlabteile und Erhitzerabteile
zeigen gegenüber Rekuperationsabteilen überdurchschnittlich
häufig Risse. Selbstverständlich kann dies auch an
den hydraulischen Einflüssen und an größeren
Druckunterschieden zur vor- oder nachgeschalteten Rohrleitung
liegen. Bei mehrstufigen Wärmeübertragern wie z.B.
zweistufigen Würzekühlern oder Kurzzeiterhitzern sind
die Kühl- und Erhitzerabteile meist ein Kompromiss. Aus
thermodynamischer Sicht werden sie üblicherweise vollkommen
überdimensioniert, damit sie hydraulisch zum Rekuperationsabteil
passen. Aus vermeintlichen Kostengründen wird jedoch häufig
ein nicht optimale Lösung gewählt. Selbstverständlich
gibt es Kunden, die prinzipiell das Billigste kaufen oder für
die ein Plattenapparat möglichst klein und kompakt sein
muss, häufig nehmen Lieferanten jedoch nur an, dass dies
für den Kunden besonders wichtig wäre ohne, dass sie
auch nur einen Anhaltspunkt hierfür haben. Statt nach den
Prioritäten zu fragen, wird im Rahmen der vom Auslegungsprogramm
vorgegebenen Möglichkeiten ein scheinbar „günstiger“
Plattenapparat ausgelegt. Wenn man strikt nach den „Total
Cost of Ownership“, d.h. den Gesamtkosten während
der gesamten Betriebszeit des Apparates entscheiden würde,
würden weit mehr als die Hälfte aller Plattenapparate
nicht so ausgeführt werden, wie sie derzeitig ausgeliefert
werden.
Der Durchfluss in Röhrenwärmeübertragern
ist bei einer optimalen Konstruktion deutlich gleichmäßiger
als bei Plattenapparaten.
Durch Verdampfung oder Kondensation wird spezifisch
deutlich mehr Wärme übertragen, als bei einer flüssig:flüssig
Wärmeübertragung. Wenn der Wärmeübertrag
durch Änderung des Aggregatzustandes erreicht wird, kann
eine schnelle Druck- statt einer prinzipbedingt relativ trägen
Temperaturregelung, mit einer deutlich höheren Regelgüte
realisiert werden. Durch den besseren Wärmeübergang
kann das Produktvolumen im Wärmeübertrager im Vergleich
zum flüssig:flüssig betriebenen Plattenapparat reduziert
werden. Durch die gleichmäßigeren Strömungsverhältnisse
werden Mischzonen beim An- und Abfahren bzw. beim Produktwechsel
reduziert. Die Grenzflächentemperaturen liegen näher
bei der Solltemperatur, wodurch örtliche Überhitzungen
beim Erhitzer deutlich reduziert werden. Die Energieeinsparung
beim Erhitzer ist zu vernachlässigen, da nur ein Teil der
Abstrahlwärme sowie die Leistungsaufnahme der Warmwasser-Umwälzpumpe
entfallen. Beim Kühlabteil ist die Energieeinsparung hingegen
erheblich, da die Verdampfungstemperatur deutlich angehoben
werden kann. Allein aus diesen betriebswirtschaftlichen und
brauereitechnologischen Gründen bieten Röhrenwärmeübertrager
beim Erhitzer und Kühler erhebliche Vorteile gegenüber
Plattenpaketen.
Röhrenwärmeübertrager gewähren
jedoch die erhöhte Betriebssicherheit nur, wenn sie richtig
ausgeführt werden. Aus hygienischen Gründen sollte
eine Flanschabdichtung mit O-Ring und metallischem Anschlag
ähnlich DIN 11853 gewählt werden. Die Längenausdehnung
vom Mantel und von den Rohren muss ebenso berücksichtigt
werden, wie der Betrieb des Erhitzers bei Drücken unterhalb
des Umgebungsdruckes. Bei üblichen Bierpasteurisierungstemperaturen
ergibt sich im Mantel eines als dampfbeheizten Röhrenwärmeübertrager
ausgeführten Erhitzers, ein Absolutdruck von ca. 0,4 bar,
sodass das Kondensat mit geeigneten Pumpen abgesaugt werden
muss. Auch eventuell im Mantel vorhandene Luft, die den Wärmeübergang
behindern würde, muss abgesaugt werden.
Die Rohre werden heute meist automatisch eingeschweißt.
Undichtigkeiten wie sie bei Handschweißungen oder den
früher üblichen Einwalzverbindungen vorkamen, gehören
praktisch der Vergangenheit an.
Auch wenn Mikrorisse in Plattenapparaten nicht
verhindert werden können und eine Kontamination des Bieres
durch Wärmeträger nicht ausgeschlossen werden kann,
so ist dies trotzdem nicht gottgegeben. Mit entsprechenden Maßnahmen
ist es möglich, die Rissbildung weitgehend zu verhindern,
Risse zu entdecken und die Folgen durch die Risse zu minimieren.