DE19801695C1 - Verfahren zum Anfahren einer Flüssigkeits-Dosieranlage mit In-Line-Eigenschaften, insbesondere bei der Herstellung von Softdrinks aus Wasser, Sirup und Kohlendioxid - Google Patents

Verfahren zum Anfahren einer Flüssigkeits-Dosieranlage mit In-Line-Eigenschaften, insbesondere bei der Herstellung von Softdrinks aus Wasser, Sirup und Kohlendioxid

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Anfahren einer Flüssigkeits-Dosieranlage mit In-line-Eigenschaften, insbesondere bei der Herstellung von Softdrinks aus Wasser, Sirup und Kohlendioxid, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ein Verfahren der gattungsgemäßen Art ist Gegenstand des Hauptpatents DE 197 16 447. Dieses Verfahren zeichnet sich gegenüber bekannten Verfahren nach dem Stand der Technik dadurch aus, daß es Produktverluste, insbesondere Sirupverluste bei der Softdrink-Herstellung, beim Anfahren weitestgehend vermei­ det. Dabei konzentriert sich das Verfahren gemäß dem Hauptpatent auf die Ver­ meidung von Sirupverlusten im Bereich der Karbonisierung, d. h. zwischen einer Dosierstelle für den Sirup und einem Eintritt in einen Puffertank. Die Sirupbereit­ stellung in einer Sirupleitung vor der vorgenannten Dosierstelle und einem Vorla­ gebehälter für den Sirup wird dabei als unproblematisch angesehen. Dieser Sach­ verhalt wird durch die in Form eines Blockschaltbildes dargestellte Prozeßbe­ schreibung, Schritte 1.2.1-1.2.1.2 belegt.
Der Wunsch nach einer Vielzahl von Produktwechseln je Schicht, verbunden mit der Notwendigkeit, Verluste des hochwertigen Sirups in allen Bereichen der Flüs­ sigkeits-Dosieranlage nicht nur zu minimieren, sondern gänzlich zu vermeiden, lenkt die Aufmerksamkeit auch auf die Sirupbereitstellung im Bereich der Siruplei­ tung vor der Dosierstelle. Die zunächst mit entgastem Wasser befüllte Sirupleitung wird, beginnend vom Vorlagebehälter für den Sirup, mit Sirup befüllt. Dabei kann sich aufgrund axialer Mischungseffekte keine scharfe Phasengrenzfläche zwi­ schen Sirup und Wasser einstellen, sondern es bildet sich dort in Abhängigkeit von den Strömungsbedingungen eine mehr oder weniger groß ausgeprägte Mischphase aus. Bislang wird das Volumen dieser Mischphase aus Sicherheits­ gründen vor der Dosierstelle über ein nicht näher bezeichnetes Umschaltventil (siehe Fig. 1 des Hauptpatents) in die Umgebung ausgeschoben, d. h. als soge­ nannter Sirupverlust verworfen.
Es ist Aufgabe der Erfindung, das Verfahren des Hauptpatentes DE 197 16 447 dahingehend weiterzuentwickeln, daß Sirupverluste beim Anfahren der Flüssig­ keits-Dosieranlage gänzlich vermieden und die Dosier- und Karbonisiergenauig­ keit noch weiter erhöht werden.
Diese Aufgabe wird durch die Kennzeichenmerkmale im Anspruch 1 gelöst. Vor­ teilhafte Ausgestaltungen des vorgeschlagenen Verfahrens sind Gegenstand der Unteransprüche.
Das vorgeschlagene Verfahren besteht aus zwei Teilverfahren, die teilweise zeit­ lich parallel ablaufen. Es sind dies die Verfahrensschritte "Sirup im Kontrollraum vorlegen" und "Produkt für Produktionsbeginn vorkarbonisieren" (siehe auch Pro­ zeßbeschreibung, Seite 9, Punkte 1.3.1 und 1.3.2) und "Puffertank für Produkti­ onsbeginn befüllen" und "Produkt für Produktionsbeginn vorkarbonisieren" (Seite 9, Punkte 1.3.3 und 1.3.2).
Bevor ein Vorlagevolumen Vvor an Sirup in den Kontrollraum VK eingebracht wird, ist zunächst ein dem Volumen VCLT stromaufwärts vorgeordnetes, definiertes, abgrenzbares Volumen VSLT der Flüssigkeits-Dosieranlage, das sich zwischen der Dosierstelle und einem Vorlagebehälter für die zweite Flüssigkeit (Sirup) be­ findet, gleichfalls mit entgastem Wasser vollständig zu befüllen. Das Volumen VSLT ist bekannt, genau abgrenzbar und bei Bedarf durch eine geeignete Verfah­ rensweise reproduzierbar bereitzustellen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des vorgeschlagenen Verfahrens ist der Wert für das Volumen VSLT in einer Steuerung der Flüssigkeits-Dosieranlage frei parametrierbar.
In gleicher Weise ist das aus dem Hauptpatent bekannte Volumen VCLT bekannt, genau abgrenzbar und bei Bedarf reproduzierbar bereitzustellen. Der Wert für das Volumen VCLT ist gemäß einer weiteren Ausgestaltung des vorgeschlagenen Verfahrens in der Steuerung der Flüssigkeits-Dosieranlage frei parametrierbar, wobei in diesem Zusammenhang als Parameter ein Volumen VCO2 eingeführt wird. Physikalisch entspricht das Volumen VCO2 genau dem Volumen VCLT. Ei­ ne Unterscheidung und die Möglichkeit, die beiden Volumina getrennt parametrie­ ren zu können, ist jedoch notwendig und sinnvoll. Es wird dadurch die Möglichkeit geschaffen, den Sirup- und CO2-Gehalt im Getränk unabhängig voneinander zu manipulieren. Dies ist notwendig, um eine CO2-Entbindung oder aber Nachkar­ bonisiereffekte während des Anfahrvorganges zu kompensieren.
Die Einbringung des Vorlagevolumens Vvor an Sirup in den Kontrollraum VK, der aus dem Volumen VSLT, dem Volumen VCLT und dem Volumen VB2 des Puffer­ tanks besteht, ist abgeschlossen, wenn im Kontrollraum VK exakt das korrekte Wasser-Sirup-Dosierverhältnis für die jeweilige Rezeptur des Softdrinks vorliegt.
Nach dem Einbringen des Vorlagevolumens Vvor an Sirup in den Kontrollraum VK wird begonnen, die Komponenten Sirup und Wasser entsprechend der jeweiligen Rezeptur massenproportional zu dosieren. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des vorgeschlagenen Verfahrens wird dabei der Puffertank bis zu einem bestimm­ ten, frei parametrierbaren Ausmischvolumen VB2X0 aufgefüllt. Dies gewährleistet die komplette Überführung der während der Phase der Einbringung des Vorlage­ volumens Vvor an Fertigsirup dosierten Getränkekomponenten in den Puffertank und deren hinreichend homogene Ausmischung.
Beginnend mit der Einbringung des Vorlagevolumens Vvor an Sirup in den Kon­ trollraum VK und spätestens endend mit Erreichen des Ausmischvolumens VB2X0 im Puffertank wird zusätzlich zu der sich aus der jeweiligen Rezeptur ergebenden Kohlendioxid-Masse M0 eine für das Volumen VCLT notwendige Kohlendioxid- Masse ΔM dosiert, wobei eine daraus resultierende notwendige, gesamte Koh­ lendioxid-Masse MCO2,notw das im Puffertank bereitgestellte Ausmischvolumen VB2X0 mit der gewünschten Kohlendioxid-Konzentration des Softdrinks versieht. Bei dieser sogenannten Vorkarbonisierung wird nicht der CO2-Sollwert der norma­ len Rezeptur, cCO2,soll zugrunde gelegt, sondern ein um den Überdosierfaktor X erhöhter Vorkarbonisierungs-Sollwert cCO2,VK. Der Überdosierfaktor X ist gemäß einer weiteren Ausgestaltung des vorgeschlagenen Verfahrens frei parametrier­ bar. Dies gilt auch für das Ausmischvolumen VB2X0, mit dessen Feinjustierung gezielt auf Haftwasserreste im Puffertank und in einem diesem nachgeordneten Füller, sogar bei unterschiedlichen Füllergrößen, reagiert werden kann. Dadurch können selbst während des Anfahrvorganges sehr hohe Dosiergenauigkeiten er­ zielt werden. Der Überdosierfaktor X wird so festgelegt, daß die Kohlendioxid- Sollkonzentration in jedem Falle unterhalb der Sättigung liegen.
Die Feinjustierung der Parameter Volumen VCO2 und Überdosierfaktor X schafft die Möglichkeit, zusätzlich noch gezielt auf Gasentbindungs- bzw. auf Nachkar­ bonisiereffekte zu reagieren, wie sie beim Anfahren eines Füllers auftreten kön­ nen. Dadurch können selbst während des Anfahrvorganges sehr hohe Karboni­ siergenauigkeiten erzielt werden.
Damit bei der Überführung der dosierten Getränkekomponenten aus dem dem Puffertank vorgeordneten Anlagenvolumen in den Puffertank keine Entbindung von Kohlendioxid stattfindet, sieht eine Ausgestaltung des vorgeschlagenen Ver­ fahrens vor, daß der Puffertank auf einen im stationären Betrieb vorgesehenen Betriebsdruck vorgespannt wird.
Da im Anfahrbetrieb die Bedingungen für die Begasung mit Kohlendioxid ungün­ stiger als im stationären Betrieb sind, sieht eine weitere Ausgestaltung des vorge­ schlagenen Verfahrens vor, daß der Puffertank auf einen Anfahrdruck vorge­ spannt wird, der über dem Betriebsdruck im stätionären Betrieb liegt. Dadurch werden die im Anfahrbetrieb ungünstigeren Begasungsbedingungen kompensiert und eine Entbindung von Kohlendioxid infolge dieser Bedingungen verhindert.
Um die Zeit für den Produktwechsel weiter zu verkürzen, sieht eine andere Wei­ terbildung des vorgeschlagenen Verfahrens vor, daß in der Abfolge notwendiger Verfahrensschritte einander nicht unmittelbar bedingende Verfahrensschritte, wie Sirup in Zulaufleitung und Entlüftungslaterne (Vorlagebehälter für Sirup) vorlegen, Entgasung des Wassers starten und Karbonisierung entlüften sowie Puffertank vorspannen, jeweils zeitgleich durchgeführt werden. Wo dies in diesem Umfang aufgrund der individuellen Bedingungen und Gegebenheiten nicht möglich ist, werden wenigstens Teile der vorgenannten Verfahrensschritte, wie beispielsweise Zulaufleitung und Entlüftungslaterne entleeren und Entgasung des Wassers star­ ten oder Zulaufleitung und Entlüftungslaterne mit Sirup befüllen und Karbonisie­ rung entlüften, jeweils zeitgleich durchgeführt. Das gleiche gilt für die Verfahrens­ schritte, wie Sirup im Kontrollraum (Sirupleitung, Karbonisierung und Puffertank) vorlegen und Produkt für Produktionsbeginn vorkarbonisieren sowie für die nach­ geordneten Verfahrensschritte Puffertank für Produktionsbeginn befüllen und Pro­ dukt für Produktionsbeginn vorkarbonisieren.
Bekannte Verfahren zur Herstellung von Softdrinks aus Wasser, Sirup und Koh­ lendioxid sind beispielsweise derart ausgestaltet, daß bei Über- oder Unterdosie­ rung entsprechende Kompensationen durch Verminderung oder Erhöhung der Sirupdosierung über einen gewissen Zeitraum vorgenommen werden (digital blending). Ein derartiges Vorgehen ist allerdings nur dann von Erfolg gekrönt, wenn die Fehldosierungen von temporärer Natur sind und nicht auf nachhaltig wirksame Fehlfunktionen zurückzuführen sind.
Das vorgeschlagene Verfahren geht demgegenüber bei einer Fehldosierung von einem anderen Ansatz aus; es läßt bei befülltem und durchströmten Puffertank ein einmaliges, kurzzeitiges Überschreiten eines oberen oder Unterschreiten eines unter Grenzwertes der Sirupkonzentration im Puffertank zu, ohne mit dem vor­ stehend erwähnten Verfahren des 'digital blending' zu operieren. Werden aller­ dings die beiden vorgenannten Grenzwerte ein zweites mal über- bzw. unterschrit­ ten, dann werden gemäß dem Vorschlag Alarme ausgelöst und diesbezügliche Bedingungen, zusätzliche Indikationen, Folgen und mögliche Ursachen, Reaktio­ nen und Maßnahmen angezeigt und/oder ausgelesen. Durch diese Informationen soll eine frühzeitige Fehlerdiagnose und -suche ermöglicht werden, so daß ggf. rechtzeitig verhindert werden kann, daß der Inhalt des Puffertank außerhalb der geforderten Spezifikation gerät.
Die Durchführung des vorgeschlagenen Verfahrens beim Anfahren einer Flüssig­ keits-Dosieranlage mit In-line-Eigenschaften, insbesondere bei der Herstellung von Softdrinks aus Wasser, Sirup und Kohlendioxid, wird nachfolgend anhand einer konkret ausgeführten Flüssigkeits-Dosieranlage beispielhaft erläutert.
Die einzige Figur der Zeichnung zeigt ein Verfahrensschema einer Flüssigkeits- Dosieranlage zur Durchführung des Verfahrens der gattungsgemäßen Art. Die Prozeßbeschreibung kann auch anhand der einzelnen Verfahrensschritte dem weiter unten dargestellten Blockschaltbild entnommen werden.
Die dargestellte Flüssigkeits-Dosieranlage mit In-line-Eigenschaften (Figur) ist in ihren wesentlichen Bestandteilen aus dem Hauptpatent DE 197 16 447 (insbesondere Fig. 1) bekannt. Sie besteht, stark vereinfacht, hauptsächlich aus vier Bereichen:
  • - einem ersten Bereich zur Sirupbereitstellung zwischen einem Sirup-Eintritt 1 (Sirup S) und einer Dosierstelle 3;
  • - einem zweiten Bereich zur Entgasung von Wasser zwischen einem Wasser- Eintritt 2 (H2O) und der Dosierstelle 3;
  • - einem dritten Bereich zur Karbonisierung eines Flüssigkeitsgemisches aus ent­ gastem Wasser und Sirup zwischen der Dosierstelle 3 und einem Puffertank 7 und
  • - einem vierten Bereich, dem Puffertank 7, zur Ausmischung und Bevorratung der dosierten Getränkekomponenten.
Im ersten Bereich 1-3 sind unter anderem ein Vorlagebehälter B1 für Sirup S mit einem Volumen VB1, eine Siruppumpe 8, eine Temperaturmessung 9a, ein Mas­ sen- und Volumenintegrator 9 für Sirup S sowie ein Umschaltventil 17 mit einem Ablauf zu einem Absperrventil 18 angeordnet. Eine Sirupleitung SL tritt am Vorla­ gebehälter B1 aus und endet an der Dosierstelle 3. Als Schnittstelle S1 ist der Austritt der Sirupleitung SL aus dem Vorlagebehälter B1 bezeichnet. Als Schnitt­ stelle S2 ist der die Sirupleitung SL begrenzende Teller im Umschaltventil 17 ge­ kennzeichnet. Eine weitere Schnittstelle S3 wir durch den Teller des Absperrven­ tils 18 zwischen der Sirupleitung SL und der Umgebung (Gully) gebildet. In dem Leitungsabschnitt der Sirupleitung SL zwischen den Schnittstellen S1, S2 und S3 befindet sich ein Volumen VSLT. Dieses ist bekannt, genau abgrenzbar und bei Bedarf durch eine geeignete Verfahrensweise reproduzierbar bereitzustellen. Der Wert für das Volumen VSLT ist in der Steuerung der Flüssigkeits-Dosieranlage frei parametrierbar.
Im zweiten Bereich 2-3 ist unter anderem ein nicht näher bezeichnetes Entga­ sungsrohr vorgesehen, in dem das Wasser feinverteilt einer Vakuumentgasung unterworfen und dabei unter Bildung einer freier Oberfläche gesammelt, die Gas­ blasen über die freie Oberfläche abgeschieden, die Flüssigkeit am Fuße einer Flüssigkeitssäule, die oben von der freien Oberfläche begrenzt ist, abgeführt und das aus der Flüssigkeit austretende Gasgemisch unter Aufrechterhaltung der zur Vakuumentgasung erforderlichen Druckabsenkung laufend abgesaugt wird. Des­ weiteren ist wesentlicher Bestandteil der Entgasung eine nicht näher bezeichnete Rückführleitung, eine Pumpe 10, eine Temperaturmeßstelle 11 und ein Durch­ flußmesser 19. Eine Wasserleitung WL mündet aus der vorstehenden Anordnung aus und trifft an der Dosierstelle 3 mit der Sirupleitung SL zusammen.
Der dritte Bereich beinhaltet unter anderem hinter der Dosierstelle 3 neben einer Pumpe 12, ein Absperrventil 6 unmittelbar vor dem Eintritt der Leitung in den Puffertank 7 sowie eine Leitung zur Zufuhr von Kohlendioxid mit einem CO2- Eintritt 4 und einem CO2-Austritt 5. In einer aus einem nicht dargestellten Trenn­ behälter ausmündenden Rezirkulationsleitung mit einem Eintritt 3.1 und einem Austritt 3.2 ist eine Rezirkulationspumpe 13 vorgesehen. Im Leitungsabschnitt zur Zufuhr von Kohlendioxid zwischen den Stellen 4 und 5 befinden sich ein Absperr­ ventil 15 und ein schaltbarer Abzweig 4.1 zu einer an einer Stelle 4.2 in die Rezir­ kulationsleitung 3.1-3.2 einmündenden Verbindungsleitung. Zwischen dem CO2- Eintritt 4 und dem Absperrventil 15 ist ein Massen- und Volumenintegrator 14 für CO2 vorgesehen. Eine Schnittstelle S4 wird durch den Teller des Absperrventils 6 zum Puffertank 7 gebildet. Eine weitere Schnittstelle S5 im Bereich der Karboni­ sierung bildet der Teller des Absperrventils 15. In den Leitungsabschnitten zwi­ schen den Schnittstellen S2, S4 und S5 wird ein Volumen VCLT gebildet. Dieses ist bekannt, genau abgrenzbar und bei Bedarf reproduzierbar bereitzustellen. Der Wert für das Volumen VCLT ist in der Steuerung der Flüssigkeits-Dosieranlage frei parametrierbar.
Der vierte Bereich, der Puffertank 7 mit seinem vor- und nachgeordneten Lei­ tungsabschnitt, wird einerseits durch die Schnittstelle S4 und andererseits durch eine Schnittstelle S6 am Teller eines stromabwärts hinter dem Puffertank 7 ange­ ordneten Absperrventils 16 begrenzt. Zwischen den Schnittstellen S4 und S6 wird ein Volumen VB2 des Puffertanks 7 begrenzt.
Das Verfahren gemäß der Erfindung ist unter anderem in der auf Seite 9 angege­ benen 'Prozeßbeschreibung' in Form eines Blockschaltbildes dargestellt; die diesbezüglichen Verfahrensschritte werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die dort angegebene Nomenklatur kurz erläutert.
Prozeßbeschreibung
Die Verfahrensschritte 1, 1.1, 1.2, 1.2.1, 1.2.1.1 und 1.2.1.2 sind weitestgehend identisch mit den entsprechenden Verfahrensschritten im Hauptpatent (dort han­ delt es sich um die Verfahrensschritte 1, 1.1, 1.2, 1.2.1, 1.2.1.1, 1.2.1.1.1, 1.2.1.1.2 und 1.2.1.1.3). Auch die Verfahrensschritte bezüglich der Karbonisierung sind bis zum Verfahrensschritt 1.2.2.2 (Karbonisierung entlüften) identisch. Bei beiden Verfahren wird der Puffertank im Verfahrensschritt 1.2.3 vorgespannt. Die Bezeichnung RM bedeutet, daß der Vollzug des jeweiligen Verfahrensschrittes an die Steuerung der Flüssigkeits-Dosieranlage rückgemeldet wird.
Das Verfahren gemäß der Erfindung umfaßt im wesentlichen unter dem Oberbe­ griff "Produkt für Produktionsbeginn bereitstellen" (1.3) die Verfahrensschritte "Sirup im Kontrollraum vorlegen" (1.3.1), "Puffertank für Produktionsbeginn befül­ len" (1.3.3) und, zeitlich parallel zu diesen Verfahrensschritten, "Produkt für Pro­ duktionsbeginn vorkarbonisieren" (1.3.2).
Das Verfahren läuft im einzelnen wie folgt ab:
Teilverfahren "Dosieren Flüssigkomponenten" Ausgangszustand
Der Vorlagebehälter B1 für Sirup S und das Leitungsstück 1 im Vorlauf des Vorla­ gebehälters B1 sind bis auf Haftwasser-Restmengen entleert (Figur). Dieser Zu­ stand ist bei Bedarf durch eine geeignete Verfahrensweise reproduzierbar herzu­ stellen. Das zwischen den Schnittstellen S1, S2 und S3 gebildete Volumen VSLT ist mit entgastem und nicht karbonisiertem Getränkewasser vollständig befüllt. Das Volumen VSLT ist, wie vorstehend bereits dargelegt, bekannt, genau ab­ grenzbar und bei Bedarf durch eine geeignete Verfahrensweise reproduzierbar bereitzustellen. Der Wert für das Volumen VSLT ist in der Steuerung der Flüssig­ keits-Dosieranlage frei parametrierbar. In dem Leitungsabschnitt zwischen den Schnittstellen S2, S4 und S5 befindet sich das Volumen VCLT. Es ist mit entga­ stem und nicht karbonisiertem Getränkewasser vollständig befüllt. Das Volumen VCLT ist ebenfalls bekannt, genau abgrenzbar und bei Bedarf reproduzierbar be­ reitzustellen. Der Wert für das Volumen VCLT ist in der Steuerung frei parame­ trierbar. Der Puffertank 7 und alle von der Schnittstelle S6 stromabwärts davon gelegenen Leitungsstücke inklusive des nicht dargestellten Füllers sind bis auf Haftwasser-Restmengen entleert. Dieser Zustand ist bei Bedarf durch eine geeig­ nete Verfahrensweise reproduzierbar herzustellen.
1. Schritt
Es wird Sirup S in den Vorlagebehälter B1 vorgelegt (Verfahrensschritt "Zulauflei­ tung und Entlüftungslaterne (Vorlagebehälter) mit Sirup befüllen" (1.2.1.2)).
2. Schritt
Das Vorlagevolumen
wird aus dem Vorlagebehälter B1 mittels der Siruppumpe 8 in den Puffertank 7 gefördert und dabei "in line" karbonisiert. Dabei bedeutet DVV das in der jeweiligen Rezeptur festgeschriebene volumetrische Dosierverhältnis von Getränkewasser zu Sirup. Das Vorlagevolumen Vvor ist somit für jede Rezeptur eine Konstante und wird in der Steuerung berechnet. Das Einbringen des Vorlagevolumen Vvor an Si­ rup in den Kontrollraum VK (Raum zwischen den Schnittstellen S1, S3, S5 und S6) gewährleistet exakt das korrekte Wasser-Sirup-Dosierverhältnis im Kontrollraum VK für die jeweilige Rezeptur. Durch ständige numerische Integration (in der Steuerung der Flüssigkeits-Dosieranlage) des Quotienten aus dem jeweiligen Massenstrom M und der jeweiligen Dichte ρM des über den Massen- und Volu­ menintegrator 9 fließenden Mediums (Index M), wobei der Massen- und Volumen­ integrator auch als Dichtemesser fungiert, und Vergleich mit dem Vorlagevolumen Vvor wird der Stop-Zeitpunkt für Schritt 2 bestimmt.
Wenn die Bedingung
erfüllt ist, dann ist der Stop-Zeitpunkt für Schritt 2 erreicht. Dabei ist es nicht von Bedeutung, ob Wasser, Sirup oder eine Mischphase aus beiden Komponenten über den Massendurchfluß-/Dichtemesser 9 fließen. Es ist weiterhin nicht von Be­ deutung, wie stark ausgeprägt die Mischphase ist und ob sie sich bereits komplett stromabwärts der Dosierstelle 3 befindet oder nicht (Verfahrensschritt "Sirup im Kontrollraum vorlegen" (1.3.1)).
3. Schritt
Nach dem Einbringen des Vorlagevolumens Vvor an Sirup S in den Kontrollraum VK wird begonnen, die Komponenten Sirup und Wasser entsprechend der jeweili­ gen Rezeptur massenproportional zu dosieren. Der Puffertank 7 wird dabei bis zu einem bestimmten, frei parametrierbaren Ausmischvolumen VB2X0 aufgefüllt. Dies gewährleistet die komplette Überführung der während des zweiten Schrittes dosierten Getränkekomponenten in den Puffertank 7 und deren hinreichend ho­ mogene Ausmischung (Ende des Verfahrensschrittes "Puffertank für Produktions­ beginn befüllen" (1.3.3)).
Teilverfahren "Karbonisieren" Ausgangszustand
In dem Leitungsabschnitt zwischen den Schnittstellen S2, S4 und S5 befindet sich das Volumen VCO2 an entgastem und nicht karbonisiertem Getränkewasser. Das Volumen VCO2 ist bekannt, genau abgrenzbar und bei Bedarf reproduzierbar be­ reitzustellen. Es ist in der Steuerung der Flüssigkeits-Dosieranlage frei parame­ trierbar. Wie vorstehend bereits dargelegt, entspricht das Volumen VCO2 physi­ kalisch genau dem Volumen VCLT. Die Vorteile der Unterscheidung zwischen den beiden Volumina wurde vorstehend ebenfalls begründet. Aufgabe des Teilverfah­ rens "Karbonisieren" ist es, das während des Teilverfahrens "Dosieren Flüssig­ komponenten" im Puffertank 7 bereitgestellte Ausmischvolumen VB2X0 mit der gewünschten CO2-Konzentration zu versehen. Dazu muß die für das Volumen VCO2 notwendige CO2-Masse ΔM zusätzlich zu der sich aus der Rezeptur erge­ benden (M0) dosiert werden.
Realisierung
Beginnend mit dem Start des zweiten Schrittes des Teilverfahrens "Dosieren Flüssigkomponenten" wird die volumenproportionale CO2-In-line-Dosierung ge­ startet. Dabei wird jedoch nicht der CO2-Sollwert der normalen Rezeptur, cCO2,soll, zugrundegelegt, sondern ein um den frei parametrierbaren Überdosierfaktor X erhöhter Vorkarbonisierungs-Sollwert CCO2,VK:
cCO2,VK = cCO2,Soll . X (3)
Mit diesem Vorkarbonisierungs-Sollwert wird so lange karbonisiert, bis die für das Volumen VCO2 notwendige CO2-Masse ΔM (ΔM = VCO2cCO2,soll) zusätzlich zu der bis zu diesem Zeitpunkt ohnehin im Normalbetrieb notwendigen CO2-Masse M0 dosiert wurde. Die folglich notwendige, gesamt zu dosierende CO2-Masse MCO2,notw (MCO2,notw = M0 + ΔM) ist außer von dem Volumen VCO2 auch vom Über­ dosierfaktor X abhängig und berechnet sich nach Gleichung (4) zu
Bei schwacher Überdosierung während dieses Vorganges muß länger und mehr CO2 dosiert werden als bei starker Überdosierung. Die Wahl des Überdosierfak­ tors X hängt von den Betriebsbedingungen ab. Der Betrag im Nenner von Glei­ chung (4) gestattet alternativ auch die Eingabe von Überdosierfaktoren X < 1. Durch ständige numerische Integration in der Steuerung der Flüssigkeits- Dosieranlage und Vergleich mit MCO2,notw wird der Stop-Zeitpunkt für die Vorkar­ bonisierung bestimmt.
Wenn die Bedingung
erfüllt ist, dann ist der Stop-Zeitpunkt für die Vorkarbonisierung erreicht. In Glei­ chung (5) stellt die Größe M den jeweiligen Massenstrom dar, der während der Vorkarbonisierung über den Massendurchfluß-/Dichtemesser 9 in der Sirupberei­ tung SL fließt und dort gemessen wird. Mit der Größe ρM wird die jeweilige Dichte dieses Massenstromes bezeichnet. Die Größe QW stellt den jeweiligen Volumen­ strom des entgasten Wassers dar, der über die Wasserleitung WL der Dosierstelle 3 zugeführt und über den in der Wasserleitung WL angeordneten Durchflußmes­ ser 19 laufend ermittelt wird. Die Vorkarbonisierung findet sowohl während des zweiten als auch während des dritten Schrittes des Teilverfahrens "Dosieren Flüssigkomponenten" statt (Verfahrensschritt "Produkt für Produktionsbeginn vor­ karbonisieren" (1.3.2)).
Die Besonderheiten und Vorteile des Verfahrens gemäß der Erfindung sind nachfolgend noch einmal zusammengestellt:
  • - Es geht während des Anfahrens kein Tropfen Sirup verloren.
  • - Durch die Verwendung des oben beschriebenen Parametersatzes kann das Verfahren unabhängig von der jeweiligen Rezeptur, d. h. unabhängig von den jeweiligen Dosierverhältnissen und CO2-Gehalten angewandt werden.
  • - Die Parameter selbst stellen Volumina oder Faktoren dar, die in erster Nähe­ rung durch eine einmalige, einfache Vermessung ermittelt (VSLT, VCLT, VCO2) bzw. sinnvoll festgelegt (VB2X0, X) werden können. Dies ist bei der In­ betriebnahme von Anlagen von großem Vorteil.
  • - Durch Feinjustierung der Parameter Volumen VSLT und Ausmischvolumen VB2X0 kann gezielt auf Haftwasserreste im Vorlagebehälter 7 für Sirup S, im Puffertank 7 und im nachgeordneten Füller, sogar bei unterschiedlichen Füller­ größen, reagiert werden. Dadurch können selbst während des Anfahrvorgan­ ges sehr hohe Dosiergenauigkeiten erzielt werden.
  • - Durch Feinjustierung der Parameter Volumen VCO2 und Überdosierfaktor X kann zusätzlich noch gezielt auf Gasentbindungs- bzw. auf Nachkarbonisieref­ fekte reagiert werden, wie sie beim Anfahren eines Füllers auftreten können. Dadurch können selbst während des Anfahrvorganges sehr hohe Karbonisier­ genauigkeiten erzielt werden. Falls die Nachkarbonisierung so stark ist, daß der beim Anfahren der Anlage im Normalfall unterstellte CO2-Mangel sogar über­ kompensiert wird, kann selbst darauf durch die Wahl eines Überdosierfaktors X < 1 (planmäßige Unterdosierung) und eine Anpassung des Volumens VCO2 sehr variabel reagiert werden.
Die im Teilverfahren "Karbonisieren" dargestellte gezielte und schnelle Manipula­ tion des CO2-Gehaltes ist nur mit einer Technologie zu verwirklichen, die nicht auf die Einstellung von Gleichgewichten angewiesen ist. Dies manifestiert einen prin­ zipiellen Vorteil von massen- bzw. volumenproportionalen CO2-Dosierverfahren gegenüber herkömmlichen Imprägnierverfahren.

Claims (7)

1. Verfahren zum Anfahren einer Flüssigkeits-Dosieranlage mit In-line-Eigen­ schaften, insbesondere bei der Herstellung von Softdrinks aus Wasser, Sirup und Kohlendioxid, bei dem eine erste Flüssigkeit, insbesondere Wasser, von Gasbeimengungen, insbesondere Luft, befreit wird (Entgasung), eine zweite Flüssigkeit, insbesondere Sirup, der ersten Flüssigkeit im erforderlichen Men­ genverhältnis zudosiert wird (Dosierung), anschließend dem Flüssigkeitsge­ misch ein Gas, insbesondere Kohlendioxid, beigemischt wird (Karbonisierung) und das Produkt (Softdrink) in und über einen Puffertank geführt wird, wobei ein definiertes, abgrenzbares Volumen (VCLT) der Flüssigkeits-Dosieranlage zwischen einer für die Dosierung der zweiten (Sirup) in die erste Flüssigkeit (Wasser) vorgesehenen Dosierstelle und einem Eintritt in den Puffertank mit entgaster erster Flüssigkeit (Wasser) vollständig befüllt wird, dem Volumen (VCLT) eine Menge Kohlendioxid zugeführt wird, die in einem dem Volumen (VCLT) entsprechenden Softdrink-Volumen enthalten sein muß, das Kohlen­ dioxid im vorgelegten Wasser gelöst wird, dem Volumen (VCLT) eine Menge Sirup zugeführt wird, die in einem dem Volumen (VCLT) entsprechenden Softdrink-Volumen enthalten sein muß, im Zuge der Zuführung von Kohlendi­ oxid und Sirup jeweils ein Teilvolumen des im Volumen (VCLT) befindlichen Gemisches in den mit Kohlendioxid vorgespannten Puffertank entlassen wird und anschließend der Puffertank befüllt wird durch kontinuierliche Zufuhr von entgastem Wasser, von Sirup und Kohlendioxid im für die Herstellung des Softdrinks erforderlichen Mengenverhältnis an den dafür vorgesehenen Stel­ len der Flüssigkeits-Dosieranlage, dadurch gekennzeichnet,
  • 1. daß im Zuge der Befüllung des Volumens (VCLT) mit entgaster erster Flüs­ sigkeit (Wasser) ein dem Volumen (VCLT) stromaufwärts vorgeordnetes, definiertes, abgrenzbares Volumen (VSLT) der Flüssigkeits-Dosieranlage zwischen der Dosierstelle und einem Vorlagebehälter für die zweite Flüs­ sigkeit (Sirup) gleichfalls mit entgastem Wasser vollständig befüllt wird,
  • 2. daß anschließend ein Vorlagevolumen (VVor) an Sirup in einen Kontrollraum (VK), der aus dem Volumen (VSLT), dem Volumen (VCLT) und dem Volu­ men (VB2) des Puffertanks besteht, eingebracht wird, wobei das Vorlagevo­ lumen (Vvor) exakt das korrekte Wasser-Sirup-Dosierverhältnis im Kontroll­ raum (VK) für die jeweilige Rezeptur des Softdrinks gewährleistet,
  • 3. daß anschließend Sirup und Wasser entsprechend der jeweiligen Rezeptur massenproportional dosiert werden bis der Puffertank bis zu einem be­ stimmten Ausmischvolumen (VB2X0) aufgefüllt ist (Beginn des stationären Betriebes),
  • 4. und daß, beginnend mit der Einbringung des Vorlagevolumens (Vvor) an Si­ rup in den Kontrollraum (VK) und spätestens endend mit Erreichen des Ausmischvolumens (VB2X0) im Puffertank, zusätzlich zu der sich aus der jeweiligen Rezeptur ergebenden Kohlendioxid-Masse M0 eine für das Vo­ lumen (VCLT) notwendige Kohlendioxid-Masse ΔM dosiert wird (Vorkarbonisierung mit M0 + ΔM = MCO2,notw), die das im Puffertank bereit­ gestellte Ausmischvolumen (VB2X0) mit der gewünschten Kohlendioxid- Konzentration des Softdrinks versieht.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert für das Volumen (VSLT) und/oder jener für das Ausmischvolumen (VB2X0) in einer Steuerung der Flüssigkeits-Dosieranlage frei parametrierbar sind bzw. ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich die notwendige, gesamte Kohlendioxid-Masse (MCO2,notw) aus einem in der Steue­ rung der Flüssigkeits-Dosieranlage frei parametrierbaren Wert für ein Volumen (VCO2), das physikalisch dem Wert für das Volumen (VCLT) entspricht, und einem Überdosierfaktor X gemäß der Beziehung
berechnet, wobei cCO2,soll den Sollwert der Kohlendioxid-Konzentration im Softdrink entsprechend der normalen Rezeptur bedeutet.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Puffertank auf einen im stationären Betrieb vorgesehenen Betriebs­ druck vorgespannt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Puffertank auf einen Anfahrdruck vorgespannt wird, der über dem Betriebsdruck im stätionären Betrieb liegt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der Abfolge notwendiger Verfahrensschritte einander nicht unmittelbar be­ dingende Verfahrensschritte, wie
  • 1. Sirup in Zulaufleitung und Entlüftungslaterne (Vorlagebehälter für Sirup) vorlegen,
  • 2. Entgasung des Wassers starten und Karbonisierung entlüften, Puffertank vorspannen,
oder Teile der vorgenannten Verfahrensschritte, wie
  • 1. Zulaufleitung und Entlüftungslaterne entleeren,
  • 2. Entgasung des Wassers starten
und/oder
  • 1. Zulaufleitung und Entlüftungslaterne mit Sirup befüllen,
  • 2. Karbonisierung entlüften,
oder die Verfahrensschritte
  • 1. Sirup im Kontrollraum (Sirupleitung, Karbonisierung und Puffertank) vorlegen,
  • 2. Produkt für Produktionsbeginn vorkarbonisieren
und
  • 1. Puffertank für Produktionsbeginn befüllen,
  • 2. Produkt für Produktionsbeginn vorkarbonisieren,
jeweils zeitgleich durchgeführt werden.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei befülltem und durchströmtem Puffertank und bei mehr als einmaligem, kurzzeitigem Überschreiten eines oberen oder Unterschreiten eines unteren Grenzwertes der Sirupkonzentration im Puffertank Alarme ausgelöst und dies­ bezüglich Bedingungen, zusätzliche Indikationen, Folgen und mögliche Ursa­ chen, Reaktionen und Maßnahmen angezeigt und/oder ausgelesen werden.
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