Mischen possible

 

Welche Anforderungen werden an Ausmischanlagen der Zukunft gestellt?

Das Grundverfahren Mischen spielt bei der Herstellung einer Vielzahl von Produkten eine große Rolle. Aufgrund der vom Verbraucher geschätzten neuen Mixgetränke wie Alcopops und andere (zum Teil kurzlebige) Szenegetränke wird das Mischen in Zukunft noch wichtiger werden.
Die Mischanlagen der Zukunft müssen sich anhand von Reproduzierbarkeit und insbesondere an Flexibilität messen lassen.

Die zur Zeit gängigen Mischverfahren sind das Batchverfahren, die kontinuierliche Ausmischung (Inline) und das von GEA Diessel entwickelte Tandemmischverfahren (siehe auch GETRÄNKEINDUSTRIE Ausgabe 04/02).

Batchverfahren

Das Batchverfahren wird in erster Linie zur Herstellung von Fertigsirup genutzt, welches in Mischtanks gefahren wird. Die Batchanlage von GEA Diessel, genannt DIMA, zur Mischung von Mehrkomponentenprodukten (flüssig und Feststoff) ist eine praxiserprobte und kostengünstige Lösung zur Automatisierung des Sirupraumes. Die DIMA ist angeordnet zwischen Rohstoff-lagerung und den Mischtanks.

In der DIMA können verschiedenste Komponenten verarbeitet werden. So werden z. B. Trocken-stoffe manuell in Ansatzbehälter mit Rührwerken gegeben und dort verflüssigt. Kleinstgebinde können über eine Fassabsaugung geleert und nachgespült werden, so dass auch von teuren Konzentraten nichts verschwendet wird. Flüssige Komponenten in Großgebinden können ebenso verarbeitet werden.

Über die Steuerungstechnik sind theoretisch alle erdenklichen Rezepte mit der DIMA zu verwirklichen: sollen einzelne Komponenten hintereinander, evtl. getrennt durch ein Zwischen-wasser in die Mischtanks gefahren werden, wird angewärmtes Vorwasser für ein besseres Löseverhalten benötigt, verschiedene Rührzeiten oder sonstige rezeptabhängige Bedingungen lassen sich mit der DIMA problemlos erreichen.

Durch die Konstruktion (nur ein Durchflussmesser für alle Medien) und Fahrweise (Voll-schlauchprinzip) ist die DIMA von der Mischgenauigkeit her unübertroffen. Schwankungen des Brixgehaltes von Flüssigzucker können über eine Brixmessung erfasst und durch die Steuerung ausgeglichen werden. Selbst die wenigen Liter vom Nachspülen der Kleinstgebinde werden gemessen und später beim endgültigen Ausmischen in den Mischtanks durch entsprechend verringerte Menge an Nachwasser korrigiert.

Kontinuierliche Ausmischung

Die kontinuierliche Ausmischung kommt in erster Linie zum Ausmischen von Fertiggetränken zum Einsatz. Mit der DICON werden flüssige Komponenten bereits in der Rohrleitung in einem konstanten Verhältnis miteinander vermischt. Aufgrund der Verwendung von digital arbeitenden Reglern wird das Mischungsverhältnis auch bei schwankendem Gesamtdurchfluss konstant gehalten. Mit der DICON kann direkt auf den Füller gefahren werden.

Die Anlage kann theoretisch beliebig viele flüssige Komponenten miteinander vermischen, die Grenze ist in erster Linie durch den Aufwand und den Preis der Anlage bestimmt. Der Aufbau der DICON besteht hauptsächlich aus der Hauptrohrleitung, in die die zu dosierenden Komponenten eingespeist werden, den Dosierstrecken mit Zuführpumpen und Entlüftungsgefäßen und natürlich der Messtechnik, die das genaue Mischen überhaupt erst ermöglicht. Die Qualität der Durchflussmessgeräte nimmt direkt Einfluss auf die Mischgenauigkeit der DICON.

Für die homogene Vermischung von Produkten mit sehr unterschiedlichen oder hohen Viskositäten werden Mischer (statisch oder dynamisch) in die Anlage integriert. Auf einen Mischer kann verzichtet werden, wenn z.B. nachgeschaltete Pumpen für eine gute Vermischung sorgen.

Tandemmischverfahren

Eine Kombination der beiden Mischverfahren ist das Tandemmischverfahren, wobei durch Verwendung zweier übereinander liegender Behälter der Platzbedarf für die Mischtanks ein-gespart wird. Das Fertigsirup wird in der Batchanlage hergestellt und in den Tandem-Behälter gefahren, der die nachgeschaltete kontinuierliche Mischanlage speist.

Die Funktion des Tandembehälters ist wie folgt: Nach dem Start der Batchanlage wird der Mischbehälter (oberer Behälter) mit Vorprodukt gefüllt und die rezeptabhängige Rührzeit gestartet. Nach Ablauf der Rührzeit fließt das Vorprodukt per Schwerkraft in den Vorratsbehälter (unterer Behälter). Eine Sonde im Vorratsbehälter erkennt, dass genug Produkt vorhanden ist und startet die nachgeschaltete DICON. Während nun die DICON vom Vorratsbehälter gespeist wird, kann parallel der obere Behälter gereinigt oder mit neuem Produkt gefüllt werden. Durch diese Verfahrensweise wird beim Produktwechsel enorm viel Zeit gespart.

Da in der Batchanlage ein Konzentratansatz ohne Zuckerlösung (die das größte Volumen des fertigen Sirups ausmacht) hergestellt wird, ist sichergestellt, dass die Entleerungszeit des Vorratsbehälters größer ist, als die Ansatzzeit und das Füllen des Mischbehälters.

 

Die Zuckerlösung wird dann in der DICON kontinuierlich hinzugemischt. Den Anlagen kann nach Bedarf eine Karbonisieranlage nachgeschaltet werden, so dass die Produktvielfalt um kohlensäurehaltige Getränke erweitert wird. 

Batchanlage mit Tandembehälter

 

Vorteile des Batchverfahrens

  • Dosierung von Trockenstoffen möglich
  • Verwendung verschiedenster Gebinde möglich (auch Fassabsaugung)
  • Herstellen von Kleinstchargen
  • Hohe Produktvielfalt
  • Hohe Genauigkeit durch Verwenden von nur einem Durchflusszähler für alle Komponenten.

Vorteile der kontinuierlichen Ausmischung

  • Direkte Verarbeitung der Rohprodukte, dadurch schnelle Verfügbarkeit des Produktes
  • Keine großen Mischtanks erforderlich
  • Wenig Platzbedarf
  • Vollautomatische Arbeitsweise
  • Direkte Weiterverarbeitung möglich (z.B. Abfüllung)
  • Flexibilität durch schnellen Produktwechsel

Vorteile des Tandemmischverfahrens

  • Dosierung von Trockenstoffen möglich
  • Verwendung verschiedenster Gebinde möglich (auch Fassabsaugung)
  • Leichter und schneller Produktwechsel
  • Keine großen Mischtanks erforderlich
  • Wenig Platzbedarf
  • Geringer Reinigungsaufwand
  • Geringste Sirupverluste
  • Größtmögliche Produktvielfalt

Produktqualität

Die Produktqualität sollte bei der Herstellung von Lebensmitteln immer an erster Stelle im Pflichtenheft stehen, um dem Endverbraucher ein einwandfreies Produkt anbieten zu können.

Die richtige Auswahl der Anlagenkomponenten ist bei Ausmischanlagen sehr wichtig. Unter Berücksichtigung, dass Messfehler von Durchflussmessgeräten direkt in das Mischergebnis eingehen, sollte hier nicht am falschen Ende gespart werden.

Passende Entlüftungsgefäße sorgen dafür, dass keine Luft in die Durchflussmesser gerät und die Messung dadurch verfälscht würde.

Ebenso wichtig ist die Verwendung digitaler Regler, die ohne bleibende Regelababweichung arbeiten und somit das Einhalten des Rezeptes sichern.

Andere Qualitätsgrößen, wie zum Beispiel Zuckergehalt, pH-Wert, Viskosität, Farbe und Trübung können optional ebenfalls gemessen und protokolliert werden. Durch hinterlegen von Grenzwerten in den Rezepten können produktabhängige Qualitätskenngrößen gespeichert werden.

Bei Überschreiten dieser Grenzwerte kann ein Alarm ausgelöst oder die Produktion unterbrochen werden, um geeignete Gegenmaßnahmen zu ergreifen. Als Grundphilosophie zum Definieren dieser Grenzwerte sollte das Motto „So groß wie möglich, so klein wie nötig.“ gelten, um die Kosten durch Produktionsunterbrechungen so gering wie möglich zu halten.

Die Produktqualität ist auch abhängig von der konstruktiven Ausführung der Anlage. So sind die Anlagen in jedem Fall unter hygienischen Gesichtspunkten zu bauen, wie zum Beispiel Vermeiden von Toträumen, Verwenden von frontbündigen O-Ringen bei Einbauten und die Möglichkeit, dass die Anlage über Schwerkraft weitgehend leer läuft, damit die Reinigungs-chemikalien sich nach einer CIP-Reinigung nicht in Sümpfen sammeln und sich dadurch schlecht herausspülen lassen.

Auswahl des richtigen Mischverfahrens

Ziel bei der Planung und Bau einer Mischanlage ist das Herstellen eines einwandfreien Produkts mit gleich bleibender Reproduzierbarkeit unter Berücksichtigung der so genannten Life Cycle Costs. So ist unter Zusammenarbeit mit dem Anlagenbauer und -betreiber in einem iterativen Prozess das richtige Mischverfahren herauszuarbeiten.

Eine Formel zur Auswahl des Mischverfahrens gibt es leider nicht. So ist sie vielmehr von vielen Parametern abhängig, z.B.:

  • Produktart und -menge
  • Produktvielfalt
  • Verfügbarer Platz
  • Verfügbarkeit und Art der Rohstoffe
  • Halb- oder vollautomatisch arbeitende Anlage
  • Produktionsführung

Fazit

Die hier aufgeführten Punkte stellen natürlich nur einen Teil aus der Vielzahl der Überlegungen dar. Es ist aber jetzt schon ersichtlich, dass jede Mischanlage individuell geplant und ausgelegt werden muss.

Die ständig wachsende Produktvielfalt und steigende Qualitätsansprüche stellen sowohl für den Anlagenbauer als auch für den Betreiber eine Herausforderung dar. Mit der heute ver-fügbaren Messtechnik und leistungsfähiger Steuerung lassen sich jedoch fast alle Produkte herstellen.

Der Autor
Paul Günther, Jahrgang 1967; Ausbildung zum Werkzeugmacher, Studium an der Fachhoch-schule Hannover zum Dipl.-Ing. (FH) Verfahrenstechnik. Seit 2002 Projektingenieur bei GEA Diessel GmbH in Hildesheim, Sparte Food & Beverage.

Veröffentlicht in: GETRÄNKEINDUSTRIE 10/2004

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