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Kontinuierliche Herstellung von Wachsplatten

Vollautomatische Anlage mit Kühltunnel
Kontinuierliche Herstellung von Wachsplatten

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Kerzen haben in der Vorweihnachtszeit Hochkonjunktur. Ausgangsstoff der Kerzenrohlinge sind industriell gefertigte Wachsplatten. Für einen Hersteller dieser Wachsplatten hat Heiko Metallbau eine vollautomatische, kontinuierliche Anlage gebaut. Wie sie funktioniert, lesen Sie im Artikel von Heiko Spiering und Anton Klassen.

Bei der Anlage handelt es sich um eine komplett SPS-gesteuerte und nach den spezifischen Produktanforderungen einstellbare vollautomatische Vorkühl-, Abfüll-, Kühl-, Verfestigungs- und Entladeeinheit für die Produktion von Mikro- und Makrowachsen mit einer Leistung von 3,5 t/h bei einer Beladung von 8550 kg im 7/24 Betrieb. Dadurch gelingt die Kühlung, der Phasenwechsel und die Konfektionierung des Endproduktes in Plattenform in einem einzigen verfahrenstechnischen Prozess.

Exakte Vortemperierung und Befüllung der Wannen

Die kontinuierlich schmelzflüssig vorgelegten Produkte werden zunächst einer Vorkühleinheit zugeführt, wo das Produkt von 20 bis 25 °C auf 5 bis 7 °C über dem Schmelzpunkt abgekühlt wird. Die Produktzufuhr erfolgt über einen doppelwandigen wassergekühlten Vorlagebehälter mit einem Nutzinhalt von 500 l, in den das Produkt kontinuierlich gefördert wird und in dem das Produkt bei gleichzeitigem Rühren zwecks Vermeidung von Anhaftungen und zur Homogenisierung der Temperatur gekühlt und danach über ein redundant ausgelegtes Pumpen-, Filter- und Kühlsystem unter Verwendung von Wasser als Kühlmedium mit einer Eintrittstemperatur von 10 bis 14 °C der Abfülleinheit zugeführt wird. Zu Reinigungszwecken kann der Kreislauf auch bei Bedarf mit Warmwasser betrieben werden. Durch die Vorkühlung reduziert sich die benötigte Verweilzeit im nachfolgenden Kühltunnel, und die Viskosität des Produktes wird vor Befüllung außerdem soweit wie möglich erhöht und damit optimiert. Danach wird das Produkt mit Coriolis Durchflussmessgeräten in 5-kg-Einheiten bei einem üblichen Dichtebereich von 0,7 bis 0,9 g/ml mit einer Toleranz von ±0,5 % pro Wanne mit einstellbarer Füllhöhe und in einem breiten Viskositätsbereich in 1710 rechteckige flache Wannen in 6-reihiger Anordnung abgefüllt. Während der Befüllung werden die Wannen leicht beheizt, um Schrumpfungseffekte während dieses Verfahrensschrittes zu minimieren.

Von der schmelzflüssigen in die feste Phase

Die Wannen werden anschließend in einem Kühltunnel mit circa 20 000 mm Arbeitslänge durch ein Kühllabyrinth mit einem endlosen Kettenförderband mit einer Geschwindigkeit von in der Regel 1,1 bis 1,2 m/min horizontal und über 12 Ebenen vertikal transportiert. Dadurch werden die Wachse bei einer Verweilzeit von in der Regel 120 bis 180 Minuten je nach spezifischem Wärmekoeffizienten des Produktes auf 20 bis 22 °C abgekühlt und verfestigt. Während die Wannen durch die Anlage transportiert werden, wird Kaltluft in einem Temperaturbereich von 0 bis 8,5 °C mit einem Volumenstrom von 3 x 50 000 m³/h eingebracht, wodurch den Wachsen die Wärme entzogen wird. Die Kühleinheit wird mit flüssigem Ammoniak bei -10 °C betrieben und besteht aus drei Lamellenwärmetauschern mit sechs Ventilatoren und einer Leistung von 3 x 170 kW. In kombinierter Wirkung mit einer entsprechenden Luftverteilung wird sichergestellt, dass die Kühlung sowohl effzient, als auch schonend auf den jeweiligen Ebenen des Kühltunnels erfolgt, um Beschädigungen der Produktoberflächen und Isolationseffekte während des Transportes der Wannen zu vermeiden. Am Biegewechsel der oberen Ebene werden die Wannen entleert und die so konfektionierten Wachsplatten mit einer Größe von 490 x 290 mm über ein Förderband einer Kartonverpackungsanlage zugeführt. Die Leistung kann entweder über die Viskosität und die Temperatur des Produktes, die Fördergeschwindigkeit, die Kaltlufttemperatur oder über die Durchflussmenge angepasst werden.

Anforderung an Konstruktion und Fertigung der Wachsplattenanlage

Alle mit dem Produkt in Berührung kommenden Teile sind entweder aus Edelstahl V4A oder bei nicht-metallischen Werkstoffen aus FDA-konformen Werkstoffen. Zur rückstandsfreien Entleerung sind die Wannen in elektropolierter Ausführung gefertigt. Eine exakte Temperaturführung und eine beheizte Ausführung an allen produktberührten Stellen der Anlage sichert ein optimales, aber schonendes Absenken der jeweiligen Produkttemperatur bei gleichzeitiger Vermeidung von Viskositätsänderungen oder gar einem Zufrieren von Anlagenkomponenten während des laufenden Betriebes. Auch die Reinigung nach Chargenwechseln kann mittels geeigneter CIP-Verfahren vollautomatisch erfolgen. Die Wannen sind zudem in leichten Stützrahmen gelagert, wo sie bei Bedarf zusätzlich an definierten Positionen einfach entnommen und gereinigt werden können.

Die Steuerung des vollautomatischen Betriebs

Die SPS mit Rezepturhinterlegung und die elektrischen Komponenten basieren auf Siemens SPS Simatic S7 mit Anwendungssoftware entwickelt in TIA. Die SPS regelt sowohl die Temperaturen von Produkt, Öl, Wasser, Luft und Ammoniak als auch die Interaktion zwischen den einzelnen Anlagenkomponenten. Die Durchsatzleistung wird über die Geschwindigkeitsanzeige und die Justierung des Frequenzumrichters des Antriebs im Kühltunnel erreicht, ebenso wie der Kühlluftventilatoren und der Produktpumpenleistung. Die Verfestigung wird durch das Messen der Abwurftemperatur kontrolliert und durch das Messen der Produkt- und Wassertemperatur sowohl vor als auch nach dem Vorkühler. Außerdem wird die Produkttemperatur und die Temperatur des Heizmediums sowohl vor als auch nach der Befüllung gemessen. Über die Coriolis Durchflussmesser wird die Dichte und das Volumen des abgefüllten Produktes geregelt, über die eine gewichtsgenaue Befüllung der Wannen reproduzierbar gesichert wird. Ebenso wird die vollständige Entleerung der Wannen vor einem Chargenwechsel und die Vollständigkeit etwaiger Zwischenreinigungen kontrolliert und dokumentiert.

Ausblick

Das Konzept lässt sich auch auf zahlreiche andere Produkte übertragen, mit allen Vorteilen bezüglich Staubvermeidung, Schüttgewichtseinstellung und optimaler Nutzung des benötigten Raums für Transport und Lagerung durch das Endprodukt aufgrund der gewählten Plattenform. Automatisierung und gleichzeitige strikte Einhaltung von Spezifikationen und Normen als Folge gestiegener Anforderungen an Produktqualität und Arbeitssicherheit geben dem Sonderanlagenbau international neue Perspektiven und Möglichkeiten – die hier vorgestellte Anlage ist dafür ein gutes Beispiel.

Heiko Metallbau GmbH & Co. KG, Bückeburg


Autor: Heiko Spiering

Geschäftsführender Inhaber,

Heiko Metallbau


Autor: Anton Klassen

Leiter Verfahrenstechnik,

Heiko Metallbau

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