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Homogenisieren ohne zusätzliche Peripherie

Inline-Dispergiermaschine mit getrennter Pump- und Dispergierzone
Homogenisieren ohne zusätzliche Peripherie

Ein Schwerpunkt wurde bei der Konzeption der Master-Plant-Baureihe auf Applikationen gelegt, die bisher nur sehr aufwändig mit vielen verschiedenen Prozessschritten realisiert werden konnten. Üblicherweise war dazu eine Anlage mit diversen investitionsintensiven Peripheriegeräten wie Vakuumpumpe, CIP-Pumpen, zusätzlichem Dispergierer, Austragspumpe, Produkt-Vortemperierung, etc. erforderlich. Bei der Master Plant sind diese Zusatzgeräte nicht notwendig. Gleichzeitig nutzt sie das Know-how der Modulbaureihe Serie 2000.

Werner Kanzinger

Kernstück der Master-Plant-Anlagen ist eine direkt in den Behälterauslass eingebaute Inline-Dispergiermaschine. Gegenüber herkömmlichen Konstruktionen und aufgrund der notwendigen Verfahrensschritte sind bei dieser Maschine die Pump- und Dispergierzone bewusst voneinander getrennt worden. Am Einlass des vertikal installierten Gerätes DBI 2000/.. (Direct Batch Inline) rotiert ein maschineneigener sehr effektiver Bodenrührer. Dessen Flügel ragen in den konischen Boden des Behälters hinein und sorgen für eine starke Turbulenzwirkung, die im Zusammenspiel mit einem von oben angetriebenen gegenläufigen Wendelrührer eine sehr gute Homogenisierung des Behälterinhaltes erzielt.
Unterhalb des Bodenrührers fördert eine schnell laufende Pumpstufe das Produkt in die Dispergiermaschine DBI. Durch Öffnen eines in der Maschine integrierten Ventils wird der Produktfluss zur darunter liegenden Dispergierstufe geleitet. Für diesen Dispergiergenerator wurde eine Kombination aus feinem Rotor und feinem Stator gewählt, um aufgrund der daraus resultierenden hohen Scherkräfte eine hervorragende Dispergierqualität zu erreichen. Dies garantiert feinste Tröpfchen- und Partikelgrößen sowie eine hohe Langzeitstabilität der hergestellten Emulsionen und Suspensionen. Der spezielle Pumprotor beaufschlagt den Dispergiergenerator selbst bei hohen Viskositäten von 100 000 mPas noch mit erheblichen Produktmengen. Dies ist ein bedeutender Vorteil gegenüber herkömmlichen Anlagen, die das Fördern großer Mengen nur in Kombination mit groben, weniger effektiven Generatoren erlauben. Während des Dispergierens kann somit die Master Plant den kompletten Behälterinhalt bis zu 20 Mal in einer Stunde umwälzen und dadurch eine deutlich bessere Qualität in einer vergleichsweise kurzen Zeit produzieren.
Wird die Dispergierfunktion durch Schließen des Ventils beendet, kann das Produkt schonend zirkuliert werden (z. B. zum Abkühlen unter Ausschluss vermeidbarer Scherbeanspruchung). Der Produktaustrag erfolgt allein durch die Förderwirkung der integrierten Pumpstufe; eine zusätzliche Austragspumpe ist nicht nötig.
CIP-Reinigung
Nach Abschluss des Herstellungsprozesses agiert die Pumpstufe als reine CIP-Pumpe. Drei im Behälterdeckel rotierende CIP-Düsen werden hierzu bei Höchstdrehzahl mit Reinigungsflüssigkeit von 4 bar Vordruck beaufschlagt. Da nicht alle Produkte löslich sind, wurde die Master Plant zusätzlich mit einer komfortablen Zugänglichkeit zur manuellen Nachreinigung ausgestattet. Ein Schnellverschluss, der mit Hilfe eines Klemmrings arbeitet, eine elektrisch angetriebene Hubeinheit für das Behälteroberteil sowie ein seitliches Ausschwenken dieses Oberteils um 135° erlauben ein sehr schnelles und einfaches Öffnen & Schließen der Anlage.
Selbstansaugend
Die hohe Durchflussgeschwindigkeit zwischen Pumpzone und Dispergierzone erzeugt einen Unterdruck von 20 mbar abs. Durch einen seitlich an die Dispergiermaschine gesetzten Produkt-trichter können nun flüssige oder feste Stoffe bequem direkt in den Dispergierbereich eingesaugt werden. Dies erfolgt im Gegensatz zu konventionellen Herstellverfahren ohne die Unterstützung einer externen zusätzlichen Vakuumpumpe.
Durch das Einsaugen der Zusatzstoffe direkt in das Scherfeld des Dispergierers werden die Stoffpartikel sofort zerkleinert, so dass keine schwer zu benetzenden Agglomerate entstehen können.
Der Mischbehälter selbst, der standardmäßig über einen konischen Boden verfügt, wurde mit einem direkt beheizten Wendelrührer ausgerüstet. Durch die Turbulenz des Bodenrührers und die hohe Zirkulationsleistung der Maschine erübrigt sich ein konventionelles, gegenläufiges Ankerrührwerk. Des Weiteren ist der Wendelrührer deutlich leichter zu reinigen.
Beheizbarer Wendelrührer
Die komplette Wendel ist aus rostfreien Rohrprofilen gefertigt und wird mittels einer Drehdurchführung mit Wärmeträgermedium beaufschlagt. Die Heiz-/Kühlleistung ist erstaunlich; durch den ständigen Kontakt des turbulent durchströmten Rührers mit neuem frischem Produkt, wird ein sehr effektiver Wärmeübergang erreicht. Vergleichsmessungen haben belegt, dass dies insgesamt eine Halbierung der Aufheiz- oder Abkühlzeit gegenüber einer herkömmlichen Anlage bedeutet (kein Wärmeverlust am unbeheizten Rührer).
Um zu vermeiden, dass sich Produkt am Behältermantel festsetzt, ist der Wendelrührer mit beweglichen Teflon-Abstreifern ausgerüstet, die das Produkt zuverlässig von der Behälterwandung entfernen.
Durch den konischen Behälterboden können auch kleinere Ansätze problemlos mit dem Wendelrührer gerührt werden. Der Wendelrührer verfügt über eine radiale und auch tangentiale Förderwirkung; er erzeugt somit exzellente Mischergebnisse auch bei hochviskosen Produkten.
Hohe Flexibilität
Um die Flexibilität der Anlage richtig nutzen zu können und um die verschiedenen Funktionen reproduzierbar für gleich bleibende Produktqualität ansteuern zu können, werden die Master-Plant-Anlagen von einem lokal an der Anlage angebrachten Industriemonitor mit Touchscreen gesteuert. Die Software wurde, basierend auf den Wünschen der Betreiber, so konzipiert, dass auch ein Laie innerhalb kürzester Zeit mit ihr vertraut ist und die Anlage bedienen kann.
Die Master-Plant-Anlagen werden in neun verschiedenen Standardgrößen gebaut: 10, 25, 50, 100, 200, 500, 1000, 2000 oder 4000 l Nutzvolumen. Um auch ein Maximum an Flexibilität bezüglich der Ansatzgrößen zu erreichen, wurde die Rezirkulationsleitung mit zwei tangentialen Rücklaufstutzen ausgestattet. Durch Ansteuerung des unteren Rücklaufes kann somit auch noch ein Mini-Batch von 15 % des Nominalvolumens hergestellt werden. Auch bei solch kleinem Volumen kann ein Lufteintrag vermieden werden, da der Rücklauf immer noch unterhalb des Produktniveaus im konischen Teil des Behälters erfolgt.
Bei maximaler Füllmenge wird der obere Rücklauf gewählt. Dadurch erfolgt der Produktfluss über die volle Höhe und der gesamte Ansatz wird rezirkuliert.
Zur genauen Dosierung der Grundstoffe als auch des fertigen Gemisches ist der Behälter der Master Plant mit Wiegezellen ausgestattet. Da die Peripherie wie z. B. das Rührwerk wägetechnisch getrennt sind, wird eine außerordentlich genaue Gewichtsmessung ermöglicht.
Die beschriebene Dipergiermaschine DBI wird auch einzeln zum Anbau an bestehende Behälter geliefert. Sie wird in vier verschiedenen Größen gebaut und erreicht Durchsätze von 1000 bis zu 80 000 l/h.
Breites Einsatzspektrum
Die Liste der Einsatzgebiete der Master-Plant-Baureihe ist lang. Die Anlagen eignen sich für praktisch alle Dispergieraufgaben in der Pharma- oder Kosmetikindustrie, in der Nahrungsmittelindustrie sowie für alle entsprechenden Prozesse in der Chemie. Aufgrund der besonderen Technik und der damit verbundenen hohen Flexibilität, findet die Anlage sowohl im R&D-Bereich, als Pilotanlage für kleine Mengen, als auch für industrielle Großproduktionen ihren Einsatz. Selbstverständlich können alle Standardapplikationen wie Wasser-in-Öl- als auch Öl-in-Wasser-Emulsionen mit besten Ergebnissen hergestellt werden.
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