Milchpulver ist Ausgangsprodukt für die Herstellung vieler Lebensmittel. Dazu gehören Käse und Joghurt genauso wie Backwaren, Schokolade und Instant- Babynahrung. Vorteil des Produkts ist, dass es gut lagerfähig ist, ohne großen Platzbedarf und ungekühlt. Problematisch wird es jedoch, wenn der Fettgehalt steigt. Schon moderate Werte beeinflussen die Fließfähigkeit entscheidend. Aus Sicherheitsgründen empfiehlt es sich, auch bei Fettgehalten unter 40 % zumindest Teilmengen regelmäßig umzufördern.
Bis zu 60 % Fettgehalt hatte ein Milchpulver, dessen Lagerfähigkeit und pneumatische Förderverhalten die Firma system-technik untersuchte. Neben dem Nachweis der grundsätzlichen Machbarkeit standen hohe hygienische Anforderungen nach HACCP und GMP sowie uneingeschränkte Erhaltung der hohen Qualität des Produkts im Vordergrund. Die Untersuchung des sehr feinen Pulvers nach Hausner ergab einen sehr hohen Verdichtungsgrad. Das Produkt war im abgelagerten Zustand als „nicht fließfähig“ einzustufen. Die Beurteilung der Lagerfähigkeit in Silos bedurfte weiterer Untersuchungen. Für die pneumatische Förderung erfolgte eine Beurteilung nach Geldart und eine Einstufung in die Gruppe C, d. h. kohäsiv, schlecht bis nicht fluidisierbar.
Konzeption und Anlagenauslegung
Vorrangig galt es, die Einhaltung der Maschinenrichtlinie 2006/42/EG inkl. Anlage 1 Absatz 2.1 Nahrungsmittelmaschinen sowie die DIN EN1672/2 Hygieneanforderungen sicherzustellen. Weiterhin waren EHEDG-Guidelines, die GMP- und FDA-Empfehlungen einzuhalten. Das gesamte System musste totraumfrei, restlos entleerbar und leicht reinigbar sein. Die Reinigung war, soweit möglich, als Trockenreinigung durch Luftspülung anzustreben. Nassreinigung sollte wegen des nicht zu vermeidenden Fettfilmes möglich sein. Bei der Lagerung und insbesondere auch der pneumatischen Förderung war die originäre Körnung, das Schüttgewicht und das Aussehen des Produktes zu erhalten und eine Qualitätsbeeinträchtigung sicher zu vermeiden.
Zur Absicherung der Fließfähigkeit und damit der Lagerfähigkeit wurden weitere Untersuchungen nach Jenike durchgeführt. Aufgrund des Fettgehaltes mussten die Untersuchungen auf unterschiedliche Lagertemperaturen und Lagerzeiträume ausgeweitet werden. Höhere Fettgehalte führen zu deutlicher Verschlechterung der Fließfähigkeit, abfallende Temperaturen im Produkt während der Lagerung ergeben einen Anstieg der Schüttgutfestigkeit und führen damit zur Verschlechterung der Fließfähigkeit und Lagerfähigkeit. Bei sehr hohen Fettgehalten entstehen bei Lagerzeiten von wenigen Stunden bereits Schüttgutfestigkeiten in der Nähe der Verfestigungsspannung und somit ist ein Fließen ohne Austragshilfen nicht mehr möglich. Höhere Temperaturen verschlechtern die Wandreibungswerte und es kommt zu ausgeprägter Adhäsionsneigung.
Um den Lager- und Förderprozess trotz der vielfältigen Abhängigkeiten beherrschbar zu gestalten, differenzierte man wie folgt:
- Ohne Umwälzung lagerfähig bis ca. 24 h sind Milchpulver mit einem Fettgehalt von unter 40 % bei ca. 25 °C, bei Beachtung des erforderlichen Auslaufdurchmessers
- Milchpulver mit einem Fettgehalt zwischen 40 und 60 % sind bei sonst gleichen Bedingungen mit Umwälzung lagerfähig
Höhere Fettgehalte führen zu einer hohen Zeitverfestigung. Bereits nach wenigen Stunden Lagerzeit übersteigt der Mindestauslaufdurchmesser den erforderlichen Silodurchmesser.
Bei der Umwälzung (Umförderung) des Schüttgutes wird in regelmäßigen Abständen im Massenfluss etwas Schüttgut abgezogen und wieder in das Silo eingefüllt. Die Bewegung des Schüttgutes verhindert eine zu starke Zeitverfestigung und erlaubt eine realisierbare Dimensionierung unter Einhaltung der Massenflusskriterien. Zur Eindämmung des Temperatureinflusses wurden die Außensilos als Doppelmantelkonstruktion mit Isolierung ausgeführt. Für die Auslegung nach Massenflussregel wurden die erforderliche Wandneigung des konischen Teils und dessen kleinster noch zulässiger Auslaufdurchmesser zur Vermeidung von Brückenbildung ermittelt.
Alle Anschlüsse für die Förderung, abgehenden Leitungen und Armaturen wurden spaltfrei konstruiert. Zur Unterstützung und zum Erhalt des Massenflusses mit angemessenem Auslaufdurchmesser wurden Vibrationsaustragsböden bereitgestellt.
Technische Merkmale
Zentral für diese Applikation ist das Massenflusssilo im Hygienic Design. Der Füllstand sinkt hier horizontal. Das Produkt ist beim Abzug im gesamten Siloquerschnitt in Bewegung. Es gibt keine toten Zonen und somit keine Produktrückstände. Die gesamte Masse hat eine gleichmäßige Verweilzeit und damit eine einheitliche Alterung. Die Prämisse „first-in, first-out“ wird gewahrt. Beim Abzug über den gesamten Querschnitt erfolgt eine Rückvermischung der beim Befüllvorgang gegebenenfalls erfolgten Entmischung.
Alle Anschlüsse für zuführende und abgehende Leitungen sowie Armaturen sind totraumfrei und zentriert ausgeführt. Jegliche Art von Anschlussstutzen sowie innere Ecken und Winkel wurden vermieden. Zur Unterstützung und Sicherung des Massenflusses bei vertretbarem Auslaufdurchmesser wurden Vibrationsaustragsböden vorgesehen. Alle produktberührten Oberflächen haben eine mittlere Rautiefe von Ra <0,8. Der Anschluss des Vibrationsbodens an das Massenflusssilo erfolgt spaltfrei mit einer Manschette aus FDA-konformem Elastomer.
Auch weitere Untersuchungen und praktische Versuche bestätigten, dass das Produkt nicht fluidisierbar ist, kein Lufthaltevermögen hat und, aufgrund seiner Kohäsivität, bereits kurze Materialanhäufungen (Pfropfen) in der Förderleitung zum vollkommenen Leitungsverschluss führen können. Die zur Erfüllung der Qualitätskriterien erforderliche Förderung im Dichtstromverfahren bei einer Geschwindigkeit von <6m/s ist nur mit einem druckführenden Begleitleitungssystem und Drucklufteinspeisungen in die Förderleitungen in entsprechenden Abständen möglich. Der Anschluss des pneumatischen Senders erfolgt über zentrierte Verbindungsteile mit spaltfreien Manschetten. Das Materialeinlassventil ist als Scheibenventil im Hygienic Design ausgeführt, leicht zerlegbar und reinigbar durch geteiltes Gehäuse sowie spaltfreiem Anschluss durch Zentrierflansche und FDA-konforme Dichtung. Der pneumatische Sender selbst ist absolut totraumfrei und hat spaltfreie, zentrierte Armaturenanschlüsse mit FDA-konformen Dichtungen. Massenfluss bei Entleerung mit Vibrationsunterstützung und Luftschwallreinigung minimieren den Reinigungsaufwand. Für die Nassreinigung ist der pneumatische Sender mit dem gesamten Förderleitungssystem CIP-fähig und molchbar.
Die Förderleitung mit druckführendem Begleitleitungssystem bestehen aus Edelstahlrohr in der Hygieneklasse H3 mit einer mittleren Rautiefe Ra <0,8. Zentrierte Clampverbindungen, stoßfrei, spaltfrei, molchbar und CIP-fähig minimieren den Reinigungsaufwand. Die zur Erfüllung der Qualitätskriterien erforderliche Langsamförderung in Pfropfenströmung wird mithilfe des Begleitleitungssystems mit Belüftungseinrichtungen (Relaisstationen) in der Förderleitung realisiert. Die Relaisstationen sind durch zentrierte Clampverbindungen zerlegbar und beinhalten einen Filtereinsatz aus Mikropore-Edelstahl. Die Abreinigung des Filtereinsatzes erfolgt automatisch mit Druckluft aus dem Begleitleitungssystem. Das gesamte System ist CIP-fähig.
prozesstechnik-online.de/dei1012481
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