Verfahrenstechnik 3/2015

TOP-THEMA I

TOP-THEMA I LEBENSMITTEL- UND PHARMATECHNIK Klein, aber anspruchsvoll Mischtechnologien zur Aufbereitung von Babynahrung Die richtige Mischtechnik spielt bei der Herstellung von Babynahrung aus Trockenmilchderivaten eine große Rolle. Welche Anforderungen die Mischsysteme erfüllen müssen, wird im Beitrag diskutiert. Für industriell hergestellte Babynahrung aus Trockenmilchderivaten ergibt sich ein stetig wachsender Absatzmarkt. Qualitätsprodukte, die in Europa hergestellt werden, werden vermehrt in Asien verkauft. Insbesondere in China steigt der Bedarf an hochwertiger Säuglingsanfangsnahrung, Folgenahrung und Beikost. Er wird nur zum Teil aus eigener Produktion gedeckt werden können. Auf diese steigende Nachfrage reagieren die Produzenten weltweit mit logistischen Maßnahmen und mit der Errichtung neuer Produktionslinien. Dabei kommt der Auswahl der geeigneten Mischtechnik eine hohe Bedeutung zu. Eine moderne Abfüll- und Verpackungsmaschine kann einen Volumenstrom von ca. 20 m³ pro Stunde verarbeiten, das sind ungefähr 10 t/h. Unterschiedliche Logistikkonzepte erfordern entsprechend angepasste Mischtechnologien. Einerseits werden Präzisionsmischer mit 10 m³ Chargenvolumen und mehr eingesetzt, um mehrere Abfülllinien zeitgleich zu speisen. Andererseits werden kleinere Mischer mit ungefähr 1,5 oder 2 m³ Chargenvolumen verwendet, wenn sie einer einzigen Abfülllinie zugeordnet sind. Unisono indes lauten die Basisanforderungen an die Mischanlage wie folgt: n ideale Mischgüte innerhalb kurzer Verweilzeiten n besonders schonende Behandlung der Güter im Hinblick auf den Erhalt der Partikelstruktur, bestmögliche Staubfreiheit, gute Sinkbarkeit und schnelle Löslichkeit n schnelle und restlose Entleerung insbesondere bei sogenannten „End-of-the- Line“ Mischmaschinen n exzellente Hygiene und revisionsfreundliche Bauweise, um gründliche Trockenoder Nassreinigungsmaßnahmen durchführen zu können n wo immer möglich, automatisches Reinigen Die patentierten Vertikal-Mischsysteme von Amixon übertreffen mit etlichen Details die Hygiene-Empfehlungen der EHEDG und der FDA. Die GMP-konforme Konstruktion gilt teils sogar als wegweisend für den hygienischen Apparatebau. Amixon fertigt nach eigenen Patenten Batchmischer und Kontinuierlich-Mischer für alle Arten trockener, feuchter und suspendierter Güter. 3-D-Totalverströmung Ideale Mischgüten und exzellente Partikelschonung werden im Doppelwellenmischer garantiert, in dem die Güter dreidimensional verströmt werden. Das Mischgefäß besteht aus zwei ineinander verschobenen Zylindern. In deren Zentrum rotieren zwei Helix-Mischwerkzeuge gleichsinnig. Die Wendeln weisen in etwa eine Steigung von 20 ° auf. Die Schraubenbandbreite ist so bemessen, dass mit einer Mischwerkumdrehung bereits ein Viertel vom gesamten Mischrauminhalt gefördert wird. Die Schraubenbänder erfassen die Mischgüter in der Peripherie des Mischraumes und för- dern sie aufwärts. Oben angekommen, fließen die Mischgüter in den beiden Zentren des Gefäßes abwärts. Der Mischeffekt erfolgt dreidimensional innerhalb der Grenzbereiche zwischen den zwei Makroströmungen. Vereinfacht ausgedrückt kann man den Vorgang wie folgt beschreiben: Die Aufwärtsschraubung der Mischgüter erfolgt zwangsweise durch die Schraubenband-Mischwerkzeuge, die Abwärtsströmung erfolgt auf natürliche Weise durch die Schwerkrafteinwirkung. Im Grenzbereich dazwischen findet der Platzwechsel innerhalb des Partikelsystems statt. Schonendes Mischen Aufgrund der totraumfreien Verströmung werden so nach ungefähr 30 bis 90 Mischwerkumdrehungen technisch ideale Mischgüten erzielt, die in der Praxis nicht mehr verbesserbar sind. Der hier stattfindende Mischprozess kann als distributives Mischen angesehen werden. Der Mischvorgang ist besonders schonend und energieeffizient. Die Umfangsgeschwindigkeit des Mischwerkzeuges ist in der Regel zwischen 0,5 bis 3 m/s regelbar. Bauartbedingt sind ideale Mischgüten bereits bei ca. 10- bis 15 %-igem Füllgrad erzielbar, da der Verströmungseffekt unabhängig vom Füllgrad gleichermaßen stattfindet. Amixon definiert die Typbezeichnung der Mischer anhand des Nutz- oder Arbeitsvolumens. Ein Mischer des 14 VERFAHRENSTECHNIK 3/2015

Typs HM 5000 kann somit bereits 500- bis 700-Liter-Ansätze ebenso gut mischen wie 5000-Liter-Ansätze. Zuweilen wünscht der Anwender aber ergänzende Aufbereitungsschritte wie Entklumpen, Dispergieren oder Agglomerieren. Hier sollen zusätzlich scherende und verreibende Effekte bei erhöhtem Energieeintrag stattfinden. Im Amixon-Mischer geschieht das einerseits, indem die Mischwerkdrehfrequenz erhöht wird und andererseits, indem zusätzlich Scher-Dispergierwerkzeuge betrieben werden. Insofern steht mit ein- und demselben Mischer ein besonders schonender Homogenisierer zum schonenden Mischen als auch ein Intensiv-Dispergierer zum aggressiven Mischen zur Verfügung. Für den Fall des desagglomerierenden Mischens sollte der Füllgrad angepasst sein, sodass das Scher-Dispergierwerkzeug ca. 30 bis 40 cm unterhalb des Füllstandes vorgefunden wird. Diese Forderung wird insbesondere durch Konusmischer besonders gut erfüllt. Beschickung und Austragung Die Beschickung des Mischers mit Einzelkomponenten erfolgt durch einen oder mehrere Stutzen oberhalb des Mischraumes nacheinander oder zeitgleich. Dabei kann das Mischwerk stillstehen – für den Fall, dass der Mischer auf Wägezellen befindlich als Dosierwaage fungiert – oder rotieren – für den Fall, dass eine Charge nach der anderen schnell und ohne Unterbrechung zu vermischen ist. Nach erfolgtem Mischprozess (ca. 1 bis 4 min) öffnet eine totraumfreie Bodenarmatur und das Mischgut strömt durch einen Austragstutzen des Mischers abwärts. Dieser Austragsvorgang ist entmischungsfrei, und das Maß des Volumenstromes ist durch die Abmessung der Verschlussarmatur vorgegeben. Das Entleerdiagramm eines HM 2000 (gefüllt mit Babynahrung) zeigt den Verlauf der Entleerung. Nach 2 min ist der Mischer entleert bis auf 70 g Restverbleib, sofern er mit einer Austragsvorrichtung Ø 310 mm ausgestattet ist. Schnellere Entleervorgänge sind möglich, wenn Verdränger-Verschlüsse eingesetzt werden. Doppelwellenmischer für die Herstellung von Milchpulver Das besonders massiv gefertigte Mischwerkzeug ist in der Regel nur oben gelagert und nur von oben angetrieben. Eine besonders hygienische Wellenabdichtung garantiert einen staub- und kontaminationsfreien Betrieb; auch bei differierenden Systemdrücken innerhalb des Mischraumes. So liegt beispielsweise ein Vakuum an, wenn das Mischgut per Saugpneumatik eingesogen wird. In besonderen Fällen wird der Mischraum vor der Beschickung vom Luftsauerstoff befreit, indem ein Vakuum von ca. 10 mbar Absolutdruck angelegt wird. Der Mischraum wird sodann mit Stickstoffgas geflutet. Erst dann erfolgt der Mischguteintrag. Während des Mischens und Austragens wird ein sanfter Stickstoffüberdruck von 50 bis 100 mbar im Mischraum aufrechterhalten, um Luftsauerstoff vom Mischgut fern zu halten. In anderen Fällen erfolgt die Beschickung des Mischraumes per Druckpneumatik. Auch während des Überdruckbetriebes verbleibt der Mischraum gas- und staubdicht. Insofern kommt den Konstruktionselementen Wellenabdichtung, Bodenverschlussarmatur und Inspektionstür besondere Bedeutung zu. Automatische Reinigung Absolute Allergenfreiheit kann in einer schüttgutverarbeitenden Vielzweckanlage nur durch eine gründliche Nassreinigung sichergestellt werden. Seitens Amixon kann die Nassreinigung und Trocknung automatisch mit dem System Water Dragon erledigt werden. Mehrere dieser Vorrichtungen sind fest am Mischraum montiert und verbleiben dort dauerhaft. Für den Fall der Nassreinigung öffnet sich jeweils der Verschlussstopfen in den Mischraum und gibt den Raum zur Bewegung einer Rotationswaschlanze frei. Diese bewegt sich translatorisch in den Mischraum hinein. Bei anliegendem Wasserdruck von ca. 3,5 bar rotiert der Kopf und drei Düsen bestrahlen den gesamten Mischraum. Je nach Größe und Ausführung des Amixon-Mischers sind drei, vier und zuweilen auch fünf Waschköpfe nötig, um den gesamten Mischraum und alle Bereiche des Mischwerkzeuges zu benetzen. Anschließend findet die Trocknung statt, die durch Warmlufteintrag in das Water-Dragon-System vorgenommen wird. Im Falle der manuellen Trockenreinigung bieten große Inspektionstüren einen guten Zugang für das Reinigungspersonal. Die Türen sind nach dem Clever-Cut-Verfahren gefertigt. Die in der Nut eingelegte O-Ringdichtung dichtet gas- und staubdicht sehr nah am Produkt. Diese Art der Türdichtung dichtet praktisch totraumfrei ab. Anuga Foodtec: Halle 10.1, Stand D011 Fotos: Fotolia, Amixon www.amixon.com