In kürzester Zeit betriebsbereit

Dipl.-Ing. Ullrich Kretzer

Die Anforderungen an die neue Dosier- und Mischanlage zur Herstellung von Emulsionen umfassten eine einfache Bedienung und die Archivierung aller relevanter Prozessparameter in einer Datenbank. Ferner sollte die Genauigkeit bei der Dosierung der eingesetzten Einzelkomponenten (Komponente A: 92,64 %, Komponente B: 7,27 %, Komponente C: 0,09 %) auf #0,1% der geforderten Dosiermenge verbessert werden. Die Abnahmeleistung der fertigen Mischung erfolgt kontinuierlich und liegt zwischen 200 und 1300 l/h. Die Mischung wird chargenweise angesetzt und den kontinuierlich abnehmenden Verbrauchern zur Verfügung gestellt. Der Vergleich zwischen einem kontinuierlichen und einem chargenweisen Verfahren ergab, dass hochpräzise Mischungen, wie hier gefordert, am besten im Chargenbetrieb zu erzielen sind. Die Komponenten B und C werden in unterschiedlichen Gebindegrößen angeliefert. Die Komponente A steht mit 4 bis 8 bar aus dem Rohrnetz zur Verfügung. Bei der Dosierung und dem Mischen mit Komponente A dürfen die Komponenten B und C keinen großen Scherkräften ausgesetzt werden. Weitere Forderungen an die Dosier- und Mischanlage waren:

• vollautomatischer Prozess

• Registrierung der Rohstoffe

• zentrale Rezepturverwaltung

• Datenhaltung relevanter Prozessparameter

• Bedienerführung über Touchscreen

• lückenlose Dokumentation des Herstellvorganges

• Einbindung der Steuerung in das vorhandene Bussystem

Das homogene, fertig gemischte Produkt soll vier eigenständige autarke Produktionslinien versorgen. Dazu sind die entsprechenden Mengen des fertigen Produktes der jeweiligen Linie über eine geregelte Mengensteuerung in Abhängigkeit der Produktionsgeschwindigkeit bereitzustellen. Die Projektierung der neuen Anlage übernahm das Ingenieurbüro Neuhaus.

Wird der Mischprozess diskontinuierlich gefahren, ergibt sich der Vorteil, dass das einzusetzende Messsystem bei der optimalen Strömungsgeschwindigkeit gefahren werden kann. Das ist besonders wichtig, um die Reproduzierbarkeit der Dosiermengen zu gewährleisten. Ein weiterer Vorteil ist, dass die jeweilige Komponentenpumpe genau auf die Aufgabenstellung ausgelegt werden kann. Bei der Betrachtung des diskontinuierlichen Prozesses ist zu berücksichtigen, dass die Zeiten für die Herstellung eines kompletten Ansatzes, ausgehend vom Dosierstart bis zur Übergabe des fertigen Produktes, an den Vorratstank so abgestimmt sein muss, dass die gewünschte Abnahmemenge von 1300 l/h zur Verfügung gestellt werden kann. Aufgrund der Forderung der schonenden Behandlung (geringste Scherkräfte) der Produkte, ist eine relativ lange Mischzeit nötig. Unter Berücksichtigung aller Randbedingungen wurde die Produktion von zwei Mischansätzen innerhalb einer Stunde zu je 650 l festgelegt.

Die Dosierung der einzelnen Komponenten stellte hohe Anforderungen an die Messtechnik und die Anlagentechnologie. Aufgrund der scherarmen Behandlung der einzelnen Komponenten hat Neuhaus bei der Projektierung der Anlage auf Dosierventile verzichtet. Diese Armaturen arbeiten überwiegend als federbelastete Ventile. Die dynamischen Vorgänge beim Öffnen und Schließen erzeugen innerhalb der Ventile sehr hohe Scherkräfte. Als günstige Alternative wurde bei dieser Aufgabenstellung ein Verteilventil eingesetzt. Beim Start der Dosierung wird zunächst die Komponentenpumpe eingeschaltet und die Komponente über eine separate Rohrleitung zurück in den Vorratstank gefahren. Nach einer angemessenen Zeit erfolgt die Umschaltung des Verteilventils und die eigentliche Dosierung beginnt.

Im Rahmen der Projektierung wurde das Messsystem auf die Strömungsgeschwindigkeit mit der höchsten Messgenauigkeit ausgelegt. Die Anordnung der Messeinrichtung ist so aufgebaut, dass keine Lufteinschlüsse die Dosierung stören. Durch konstruktive Anordnung der Dosierrohrleitung ist sichergestellt, dass nach dem Ende der Dosierung immer die gleiche Produktmenge in den Mischer nachläuft. Während der Inbetriebnahme wurde ermittelt, dass die Nachlaufmenge maximal um 0,05 % v. E. variiert. In absoluten Zahlen sind das bei der Komponente A 300 g, bei B 5 g und bei C 0,15 g.

Um eine schonende Behandlung sicher zu stellen hat Neuhaus einen dreiflügeligen Rührer bei minimaler Drehzahl eingesetzt. Der Mischbehälter enthält keine Wellenbrecher. Die fertige Mischung wird in einen Vorratstank überführt. Über einen Verteiler werden vier nachgeschaltete Linien mit dem fertigen Produkt versorgt. Die einzelnen Linien können dabei jeweils unterschiedliche Mengenströme abnehmen. In Zuordnung zu der Produktionsgeschwindigkeit der jeweiligen Linie wird die zugehörige Förderpumpe mengengeregelt betrieben. Nach dem Abfahren einer Linie wird nach Ablauf einer Mindeststillstandszeit automatisch ein definiertes Spülprogramm für Förderpumpe und Rohrleitung eingeleitet.

Die Steuerung der gesamten Anlage ist für einen vollautomatischen Betrieb konzipiert und ist für das Dosieren, Mischen, Fördern und Spülen mit einer SPS realisiert. Die Bedienung der Anlage erfolgt in dieser Ausführung menügeführt mit dem Visualisierungssystem InTouch über einen Touch Screen. Alle Betriebszustände und auftretenden Warnungen und Alarme werden auf dem Bildschirm angezeigt. Zusätzlich werden die Warnungen und Alarme akustisch signalisiert. Eine weitere Alarmierung erfolgt optisch durch eine Warn-/Blitzleuchte an der jeweiligen Produktionslinie. Durch spezielle Befehle lassen sich sämtliche Prozessdaten anzeigen, und bei Bedarf ausdrucken. Die Kommunikation der Steuerung mit den einzelnen Produktionslinien erfolgt über das vorhandene Betriebsbussystem.

Aufgrund der betrieblichen Situation musste die Neuanlage innerhalb kürzester Zeit am Standort der Altanlage betriebsfertig installiert werden. Diese Forderung ließ sich nur mit der Anlieferung einer vormontierten Kompaktanlage erfüllen. Dazu war eine exakte Anlagenplanung einschließlich der Verrohrung von Behältern, Pumpen und Armaturen erforderlich. Die Planung der gesamten Misch- und Dosieranlage erfolgte mit dem CAD-Programm Pipe M / Tricad. Die Neuanlage wurde auf einer WHG Wanne als Unterkonstruktion aufgebaut und extern in Betrieb genommen. Nach der Anlieferung wurden die RohrRohrleitungen an die bauseitigen Systeme angeschlossen und die zur Kommunikation erforderlichen Kabel zu den jeweiligen Anlagensteuerungen verlegt und aufgeschaltet.