Die Grundlage für Proteine, die zur Nahrungsmittelanreicherung genutzt werden, liefern meist Molke oder Magermilch. Sie werden Schritt für Schritt filtriert, um die Proteinkonzentration zu erhöhen und unerwünschte Bestandteile vom Protein zu trennen. Ziel ist die Gewinnung eines Retentats bzw. Konzentrats mit möglichst hohem Proteingehalt, das anschließend getrocknet und weiterverarbeitet wird. Dieser Prozess ist sehr energieintensiv und hängt entscheidend vom Zustand der Filter ab. Kalorimetrische Strömungssensoren können die Überwachung des Filterzustands erleichtern und so dazu beitragen, die Qualität und Wirtschaftlichkeit der Proteingewinnung zu optimieren.
Ein Sensor für zwei Messgrößen
In den Filteranlagen der Milchindustrie ist die Crossflow-Technologie üblich, um bei Milch oder Molke den Proteingehalt zu erhöhen. Die Medien, die sogenannten Feeds, werden solange durch entsprechende Filter gepumpt, bis das verbleibende Retentat die gewünschte Trockenmasse hat. Indikator für die Wirksamkeit der Filtrationspumpen und damit des Filtrierprozesses sind meist eine Kombination von Temperatur- und Druckmessung. Anhand der Druckdifferenz der Messwerte vor und hinter einer Filtrationsanlage lassen sich Rückschlüsse auf die Filterverschmutzung ziehen. Doch warum nicht den direkten Weg gehen und die Fließgeschwindigkeit des Mediums messen, um sicher zu wissen wie der Filtrationsprozess funktioniert? Bei zu niedriger Strömungsgeschwindigkeit beispielsweise verstopft der Filter schneller und muss gereinigt oder ausgetauscht werden. Strömungsverlagerungen sind bei parallel geschalteten Modulbatterien ein permanentes Problem. Bei zu hoher Strömungsgeschwindigkeit wird der zulässige Druckverlust pro Modul überschritten und die Module teleskopieren.
Gleichzeitig ist die Temperatur eine wichtige Größe beim Filtrieren. Die hierbei meist gewählte Temperatur von ca. 50 °C begünstigt die Filtration, ohne dass es schon zu einer Denaturierung der thermolabilen Molkenproteine kommt. Die Prozesstemperaturen müssen also ebenfalls überwacht werden. Thermische Strömungssensoren, wie beispielsweise die Flexflow-Sensoren von Baumer sind deshalb für das Filtermonitoring eine praktikable und kosteneffiziente Lösung, denn sie messen sowohl Temperatur als auch Strömungsgeschwindigkeit. Da die Sensoren zudem ohne bewegliche mechanische Bauteile auskommen, sind sie nahezu wartungsfrei und ermöglichen so über viele Jahre eine sichere Überwachung der Querstromfilter.
Kalorimetrisches Messprinzip
Die Strömungssensoren arbeiten nach dem kalorimetrischen Messverfahren. Dieses basiert auf den physikalischen Gesetzmäßigkeiten der Wärmeleitung und des Wärmetransports in Flüssigkeiten und Gasen. Ein Körper höherer Temperatur gibt an seine Umgebung Energie in Form von Wärme ab. Die Höhe der Energieabgabe ist abhängig von der Temperaturdifferenz und dem Massefluss des vorbeiströmenden Mediums. Das lässt sich messtechnisch nutzen:
