Zerkleinern mit System

Uwe Klaumünzner

Die Produkte von FrymaKoruma umfassen ein breites Anwendungsfeld. So eignet sich beispielsweise die Ringspaltkugelmühle CoBall-Mill in der Biotechnologie zum Zerkleinern eines Proteins. Dieses wird zunächst in einem organischen Lösemittel in einem Vorbehälter suspendiert. Dann wird es mit Hilfe einer Schlauchpumpe der Ringspaltkugelmühle zugeführt. Die Ausgangskorngröße des Proteins liegt zwischen 200 und 500 mm (D50-Wert). Vom Anwender wird als Zielgröße eine Endfeinheit von 15 mm (D90-Wert) gefordert. Durch die Wahl geeigneter Mahlkugeln und einer entsprechenden Umfangsgeschwindigkeit des konusförmigen Rotors der CoBall-Mill kann das gewünschte Ergebnis problemlos erreicht werden. Wie bei vielen Verfahren zur Nassvermahlung muss auch hier die dissipierte Energie abgeführt werden, um eine Schädigung des temperatursensitiven Proteins durch Überschreitung der maximal zulässigen Temperatur zu verhindern. Da die CoBall-Mill beim Mahlvorgang über eine sehr hohe Energiedichte verfügt, sind alle Maschinen standardmäßig mit einem Doppelmantel im Rotor, Stator und im Bereich des Deckels zum Kühlen respektive Heizen ausgerüstet. Das ermöglicht eine kontrollierte Temperatur im Produktraum, die auch in dem beschriebenen Beispiel ein wichtiger Faktor für den Erfolg des Prozesses ist.

Das fein gemahlene Produkt mit einem sehr engen Teilchenspektrum wird als Monolayer auf eine Trägeroberfläche aufgegeben, und das organische Lösemittel, das als umgebendes Medium dient, verdampft. Das auf der Trägeroberfläche verbleibende Protein verändert hierbei seine Struktur und dient als Indikator für eine spezifische Messgröße.

Neben der klassischen Mahltechnik bietet FrymaKoruma eine Kombination von Vakuumprozessanlagen mit integrierter Zahnkolloidmühle an. Dieses Zusammenspiel mehrerer verfahrenstechnisch wichtiger Prozesse kommt dann zum Einsatz, wenn neben einer Primärpartikelzerkleinerung von z.B. Farbpigmentmischungen ebenfalls eine Makrovermischung mit der umgebenden Phase erforderlich ist sowie eine gleichzeitige Temperierung und Entlüftung. Dies ist zum Beispiel bei der Herstellung von Lippenstiftmassen erforderlich.

Zuerst wird in einem Schmelzbehälter die Fettphase, bestehend aus Wachs, Öl und Benetzungshilfsmittel, auf eine Temperatur von 85 °C aufgeschmolzen, so dass keine Stippen und Schlieren mehr erkennbar sind. Diese aufgeschmolzene Phase wird unter Vakuum in den evakuierten, auf 80 °C aufgeheizten Mischbehälter der Frymix-Prozessanlage eingezogen. Die rieselfähigen Trockenstoffe, die aus einer Pigmentpräparation bestehen, werden im darauffolgenden Schritt aus dem zweiten Vorlagebehälter ebenfalls in den unter Vakuum stehenden Mischbehälter eingesaugt. Das Einsaugen erfolgt direkt in die zentral im Mischbehälter angeordnete Zahnkolloidmühle. Dort wird das Pulver sofort mit der geschmolzenen Fett-Vorlage benetzt. Im weiteren Verlauf wird die Pigment-Fett-Suspension an der inneren Wandung eines schnell rotierenden Konus (Frymix-Mastermodul) axial nach oben gefördert. Auf der Innenwandung dieses Konus bildet die Suspension aufgrund der Zentrifugalkräfte einen dünnen Film. An der Kante des nach oben geöffneten Konus reißt dieser Film ab, und das Produkt wird radial gegen die Außenwandung des Mischbehälters geschleudert. Die Lippenstiftmasse hat im Bereich des inneren Konus sowie zwischen Konus-Auswurf und Behälterwandung eine sehr große Oberfläche. Lufteinschlüsse platzen in dieser Phase aufgrund des herrschenden Vakuums, und die Suspension wird automatisch entgast.

Besonders wichtig bei dieser Applikation ist eine effiziente sowie schnelle Reinigung des Arbeitsbereiches, da auf dieser Anlage mehrmals pro Tag unterschiedliche Lippenstiftmassen in verschiedenen Farbtönen hergestellt werden. Erreicht wird dies durch die sehr guten CIP-Eigenschaften der Anlage.

Neben der zuvor genannten Variante, mit Hilfe eines im Mischbehälter integrierten Homogenisators zu arbeiten, stehen auch Vakuum-Prozessanlagen mit Inline-Homogenisierung zur Verfügung. Ein unter dem Behälter eingebauter Homogenisator bearbeitet das Produkt mit einer hohen Energiedichte. Hier steht wahlweise ein koaxial verzahnter Rotor/Stator oder ein Kolloidmahlsatz als Homogenisierwerkzeug zur Verfügung. Flüssigkeiten sowie pulverförmige Feststoffe werden direkt in die Mischkammer des Homogenisators eingesaugt und dort sofort emulgiert bzw. benetzt.

Augensalben werden oft mit Vakuum-Prozessanlagen vom Typ DisHo S hergestellt. Bei solchen Prozessen ist eine sterile Produktion unabdingbar. Die Anlage wird daher vor Beginn der Produktion sterilisiert. Verwendet wird hierbei Wasser aus einer Umkehrosmose. Dieses wird in den Mischbehälter vorgelegt und auf über 121 °C temperiert. Nachdem an allen Stellen der Vakuumprozessanlage mindestens 20 Minuten lang eine Temperatur von 121 °C herrscht, kann mit der Produktion begonnen werden.

Die Befüllung der Prozessanlage mit den Ausgangsrohstoffen sowie das Abfüllen des fertigen Produktes geschieht in steriler Umgebung. Hierbei wird kontinuierlich sterile Luft laminar an den Arbeitsbereich geführt, so dass keine Kontamination des Produktes oder der Anlagenteile mit Fremdkörpern stattfindet.

Ringspaltkugelmühle CoBall-Mill

E cav 308

Vakuumprozessanlage Frymix

E cav 309

Vakuumprozessanlage DisHo S

E cav 310