Projektkontext und Problemstellung
Das Projekt befindet sich in einer groß angelegten Fermentationsproduktionsanlage, in der Hefefermentationstanks für die kontinuierliche industrielle Verarbeitung eingesetzt werden.
Das Medium im Tank umfasst:
- Fermentationsbrühe
- Hefekultur
- Hochdichte biologische Schaumschicht
Der Kunde hat seit über 10 Jahren mit schwerwiegenden Schaumüberlaufproblemen zu kämpfen. Während der Gärung führt eine übermäßige Schaumbildung häufig zu:
- Falsche Messwerte auf hohem Niveau
- Unkontrollierter Tanküberlauf
- Verlust wertvoller Hefe und Gärmaterial
- Häufige Stillstände wegen Reinigung und Wartung
- Kontaminationsrisiken in Produktionslinien
Trotz mehrfacher Investitionen in Automatisierungs-Upgrades und verschiedene Technologien zur Füllstandsmessung störte die Schaumschicht weiterhin die genaue Füllstandserkennung. Die jährlichen Verluste aufgrund von Produktverschwendung und Produktionsausfällen wurden auf mehrere Millionen US-Dollar geschätzt.
Implementierte Lösung
Um dieses seit langem bestehende Problem zu lösen, wurde ein kombiniertes Füllstandmesssystem implementiert:
80-GHz-Hochfrequenz-Radar-Füllstandsender
- Berührungslose Messtechnik
- Millimeterwellensignal, das Schaum- und Dampfschichten durchdringen kann
- Hohe Genauigkeit auch unter turbulenten Oberflächenbedingungen
- Stabile Erkennung des tatsächlichen Flüssigkeitsstands unter Schaum
Stimmgabel-Füllstandschalter (Schutzschicht zur Schaumerkennung)
- Erkennt Schaumschichten und anormale Überlaufbedingungen
- Fungiert als Sicherheitsschaltgerät
- Bietet Redundanzschutz für das Radarmesssystem
Kombinierte Strategie:
- Radar = kontinuierliche Füllstandmessung
- Stimmgabelschalter = Schaumüberlaufschutzalarm
Installation und doppelter Schutz
Zur berührungslosen, kontinuierlichen Füllstandüberwachung wurde der Radar-Füllstandsender auf der Oberseite von Gärtanks installiert.
Der Schwinggabel-Füllstandschalter wurde in einer kritischen Überlaufwarnhöhe im Tank installiert, um ungewöhnliche Schaumanstiegsbedingungen zu erkennen.
Diese Zweipunktinstallation gewährleistet beides:
- Präzise Prozesskontrolle
- Sicherheitsüberlaufschutz
Erzielte Ergebnisse und Vorteile
Nach der Systemimplementierung wurden im Fermentationsprozess erhebliche Verbesserungen erzielt:
- Schaumstörungen bei der Füllstandmessung eliminiert
- Überlaufvorfälle wurden auf nahezu Null reduziert
- Die Heferückgewinnungsrate wurde deutlich verbessert
- Reinigungs- und Abschalthäufigkeit deutlich reduziert
- Produktionseffizienz um über 70 % gesteigert
- Jährliche Betriebsverluste um Millionen USD reduziert
- Stabile und kontinuierliche automatisierte Fermentationskontrolle erreicht
Das System löste erfolgreich einen langfristigen Produktionsengpass, der mehr als ein Jahrzehnt andauerte.
Breite Anwendbarkeit
Diese Lösung ist weit verbreitet in:
- Gärtanks in der Biotechnologie- und Brauindustrie
- Hefe- und Enzymproduktionssysteme
- Tanks für die Lebensmittel- und Getränkeverarbeitung
- Chemische Reaktoren mit Schaumerzeugung
- Belebungsbecken zur Abwasserbehandlung
- Anwendungen zur Lagerung von Flüssigkeiten mit hohem Schaumgehalt
Technische Vorteile
Schaumstörungen sind eines der größten Probleme bei Füllstandmessanwendungen, insbesondere bei Fermentations- und biologischen Prozessen.
Herkömmliche Füllstandsensoren versagen häufig aus folgenden Gründen:
- Verzerrung der Signalreflexion
- Falsche Füllstandsanzeigen durch Schaum
- Instabile Prozessbedingungen
Die Kombination aus 80-GHz-Radartechnologie und Stimmgabelschalter bietet:
- Hohe Zuverlässigkeit in schaumreichen Umgebungen
- Präzise Trennung zwischen Schaum und Flüssigkeitsoberfläche
- Doppelter Sicherheitsschutz zur Verhinderung von Überlauf
- Reduzierte Wartungs- und Betriebskosten
Dies macht es zu einer idealen Lösung für kritische Systeme zur Steuerung von Fermentationsprozessen.
