Mischen – Mission possible

Vormontierte Komplettanlagen für die Herstellung von Alkohol- und Biermischgetränken

Alkoholische Mischgetränke, meist auf Spirituosen- oder Bierbasis, liegen noch immer im Trend.
Für Produktionsanlagen bedeuten diese Getränke, dass eine Vielzahl von Komponenten gemischt werden müssen, bis das Produkt abgefüllt werden kann. Um Kosten zu senken,
kommen bei Neuanlagen oft vormontierte und geprüfte Komponenten, so genannte Units,
zum Einsatz. Zudem bieten sie den Vorteil, den Montageaufwand genau kalkulieren zu können.

Grundlage für die Herstellung eines Alkohol-Mischgetränkes ist die Verwendung einer Basis-Spirituose. Als Spirituose (lat. Spiritus: Geist) werden alkoholische Getränke bezeichnet, die destillierten Alkohol enthalten, üblicherweise mit mehr als 20 Volumenprozent Anteil reinem Alkohol. Spirituosen werden entweder durch Destillation eines vergorenen Saftes, Maische oder Trester hergestellt oder durch die Mischung von Neutralalkohol mit Wasser und anderen Rezeptbestandteilen.

Spirituosen unterteilen sich in zwei Hauptgruppen:

Branntwein aus Wein oder Weinbrand.
Liköre, eine Mischung aus Alkohol, Wasser, Zucker und anderen Zutaten.

Über die Spirituose wacht das „Branntweinmonopol“. Branntweinmonopol ist das vom Staat mit der Absicht der Erzielung von Einnahmen oder aus agrarpolitischen Gründen beanspruchte ausschließliche Recht, Branntwein herzustellen und/oder zu verkaufen. Der von der Monopol-verwaltung gehandelte Branntwein unterliegt der Branntweinsteuer. Ähnliche Begriffe für Branntwein sind Alkohol, Ethanol, Primasprit oder Weingeist.

Für die Messung des produzierten Alkohol-Wassergemisches (Branntwein) haben unter anderem mechanische Weingeistzähler die Zulassung der Bundesmonopolverwaltung für Branntwein. Eingeschränkt durch den mechanischen Aufbau der Messgeräte ist nur ein geringer Durchfluss pro Stunde zu erzielen. Bedingt durch die EU-Förderung für die Herstellung von Bio-Ethanol und Verwendung neuer Prozesstechniken, müssen heute erhebliche höhere Durchflüsse pro Stunde gemessen werden.

Für die Messung von Alkohol-Wasser-Mischungen hat GEA-Diessel die Zulassung einer Alkohol-Masse-Messanlage von der Bundesmonopolverwaltung für Branntwein erhalten. Die jeweils einzeln zugelassenen Messanlagen können alle gewünschten Messbereiche abdecken.

Die komplett auf einem Grundrahmen aufgebauten zugelassenen Messanlagen bestehen im wesentlichem aus einem

Massedurchflussmesser,
Messwertumformer,
Dichtemesssystem,
Prozessrechner,
Drucker,
Entlüftungssystem.

Diese kompletten Units werden anschlussfertig und vorgeprüft geliefert. Die erforderliche Montage und Inbetriebnahme ist somit leicht zu kalkulieren. Die Anlagen können auf Wunsch mit doppelter Verschlusssicherheit geliefert werden.
Zusätzliche Einhausungen sind nicht notwendig.

Annahme und Verschneidung von versteuertem Branntwein

Für viele alkoholverarbeitende Betriebe stellt die Annahme und die Lagerung des Branntweins ein technisches Problem dar. Auf der einen Seite ist der Betrieb aus wirtschaftlichen Gründen an der Anlieferung des Branntweines mit großem Volumen interessiert. Die Einlagerung von ca. 96,5 volumenprozentigem Branntwein bedarf aber einer besonderen Begutachtung durch die Gewerbeaufsicht und die Feuerwehr, in Verbindung mit den geforderten Maßnahmen des Explosionsschutzes.

Eine erhebliche Vereinfachung ergibt sich durch das Verschneiden des Branntweines im Annahmemoment mit Getränkewasser. Eine gewünschte voreingestellte niedrige Alkohol-konzentration im fertigen Alkohol-Wassergemisch vereinfacht die Lagerung erheblich.

Die Genauigkeit der Alkoholmessung im ausgemischten Produkt ergibt durch den Einsatz entsprechender Analysentechnik ein Ergebnis besser 0,1 Volumenprozent Alkohol. Die Verschneidanlage löst dieses Problem auf engstem Raum. Vier Quadratmeter Platzbedarf befreien von vielen Sorgen. Die Einbindung in ein übergeordnetes Rechnersystem zur lückenlosen innerbetrieblichen Bilanzierung ist ein wichtiger Bestandteil des Systems.

Die Messanlage zur Annahme von Alkohol und direkten Verschneidung mit Wasser
vereinfacht die Lagerung, da keine speziellen Feuer- und Explosionsschutzmaßnahmen
nötig werden

Chargenmischanlage

Bedingt durch eine große Anzahl unterschiedlicher Rezepte und dauernder Anpassungen an die Anforderungen des Marktes, müssen die unterschiedlichsten Liköre in kurzer Zeit und mit gleich bleibender Qualität produziert werden. Die Verwendung eines Messsystems für alle Komponenten garantiert eine hohe Mischgenauigkeit. Fehler während eines rezeptgesteuerten
Batch-Ansatzes sind praktisch ausgeschlossen. Eine Prüf- und Entlüftungslaterne überprüft automatisch und rechnergesteuert die Messgenauigkeit der eingesetzten Messtechnik.

Der Aufbau der Chargenmischanlage erlaubt eine erweiterbare Anbindung von bis zu zwölf Komponenten ohne zusätzlichen Aufwand. Eine entsprechende Rohrleitungsstrecke ist im Grundausbau mit vorgesehen. Im Grundausbau ist die Anlage mit fünf Komponentenanschlüssen ausgerüstet.

Rezeptbestandteile wie Alkohol, Wasser, Flüssigzucker, Komponente 1 und Komponente 2 sind überwiegend in allen Rezepten vorhanden. Die Komponentenanschlüsse 1 und 2 können wahlweise bestückt werden. Die Anbindung eines externen Lösebehälters mit kontrollierter Wasserdosage und Rührwerksteuerung kann Bestandteil des Rezeptes sein.

Durch den Betrieb der Chargenmischanlage im so genannten Vollschlauchprinzip, (vor dem Start und nach Ende der Dosage ist die Anlage mit Getränkewasser gefüllt) kann ein unmittelbarer Produktwechsel ohne Zwischenreinigung erfolgen. Die Rezeptsteuerung gibt die Reihenfolge der Dosierung der Komponenten vor. Üblicherweise wird Flüssigzucker als vorletzte Komponente dosiert, da andere Bestandteile des Rezeptes durch die Anhaftung am Zucker mit ausgetragen werden. Zuletzt wird rezeptgesteuert Getränkewasser dosiert.

Die Chargenmischanlage ist somit bis zum Mischtank mit Getränkewasser gefüllt. Ein sofortiger Produktwechsel ist möglich. Nach dem Dosieren von besonders aromatischen Komponenten, wie zum Beispiel Anis, ist eine CIP-Reinigung erforderlich.

Chargenmischanlage DIMA-S und Tandembehälter

Machbarkeitsstudie als Projektierungshilfe

Der entscheidende Bereich für eine neue Abfüllung ist der Misch und Ansatzbereich. Die Frage, ob eine kontinuierliche oder eine Chargenanlage im Mischbereich installiert wird, muss vorab an Hand einer Machbarkeitsstudie geklärt werden. Diese Studie soll in erster Linie eventuelle Widersprüche zwischen dem Projektziel und bestehenden Erkenntnissen aufdecken. Vielfach zeigt die Machbarkeitsstudie bereits Lösungswege oder neue Möglichkeiten für Produkte bzw. Projekte auf.

Entscheidungskriterien für die Installation einer kontinuierlichen Anlage können unter anderem sein:

geringer Platzbedarf der Anlage, somit Realisierung auf engstem Raum;
keine Mischtankgruppen erforderlich;
Energieeinsparungen bei der Planung der CIP-Anlage;
ständige Verfügbarkeit von Konzentraten mit gleich bleibender Qualität in entsprechenden Containergrößen;
hohes Fertigungsvolumen bis 50 000 l/h;
Produktion des gleichen Produktes über längere Zeit;
geringer Personalbedarf;
hochgenau durch Verwendung präziser Durchflussmessgeräte;
vorzügliche Regelung durch impulsgenaue Digitalregler;
Überwachung mit Analysensystemen (Brix, CO2, Leitfähigkeit, Farbe);
Automatische Korrektur;
Bilanzierung der verschiedenen Komponenten;
Fernbedienung aller Anlagenfunktionen;
Anschlussfähiges, kompaktes, werkstattgeprüftes Aggregat;
aufgebaut auf einem Grundrahmen;
geringer Montage und Inbetriebnahmeaufwand

Funktion einer kontinuierlichen Mischanlage

Die Förderung der Komponenten erfolgt über Kreisel- oder Kreiskolbenpumpen. Alle Massen oder Volumenströme werden laufend von den Durchflussmessgeräten erfasst und an die Anlagensteuerung zur Regelung weitergeleitet. Die Steuerung vergleicht die Messwerte mit den vorgegebenen Verhältnissen zwischen den einzelnen Komponenten und steuert die Regelorgane so, dass die Vorgabewerte exakt eingehalten werden. Auf hohe Sicherheit bei der Herstellung der Produkte wird besonderer Wert gelegt. Zur Produktionsüberwachung werden unterschiedliche Prüfverfahren eingesetzt.

Mittels Leitfähigkeits-, Farb- oder Dichtemessungen können die Konzentrate bzw. die Grundstoffe auf Verwechslung und/oder Einhaltung ihrer Spezifikation geprüft werden.

Insbesondere bei wechselnden Produkten oder dem Anschluss von unterschiedlichen Containern ist diese Maßnahme wichtig. Eine nachgeschaltete Karbonisierung wird im Bedarfsfall die Imprägnierung des Getränkes übernehmen.

Die Herstellung eines Biermischgetränkes

Neues Denken und eine erhöhte Nachfrage der Konsumenten nach einem erfrischenden schwach alkoholischen Getränk erfordern neben den klassischen Biermischgetränken wie Radler und Berliner Weiße neue Biermischgetränke in den unterschiedlichsten Variationen. Ähnlich der Herstellung eines Likörs mit Alkohol, ist die Grundlage und der wichtigste Bestandteil des Biermischgetränkes das Bier, gebraut nach dem Deutschen Reinheitsgebot.

Die Lösung der zu verwendenden Ausmischtechnik kann zwischen der Batch- und der kontinuierlichen Ausmischung liegen

Ausmischung im Tandemverfahren

Die Vorzüge des schnellen Konzentratansatzes des Batch-Verfahrens und der hohen Ausmischleistung der kontinuierlichen Anlage werden über das Tandemverfahren miteinander verknüpft. Zwei übereinander angeordnete Behälter übernehmen die Funktion des Misch- und des Vorratbehälters. Eine Mischanlage mit einer Leistung von ca. 2 500 l/h versorgt den oberen Behälter mit den unterschiedlichen Konzentraten. Getränkewasser wird mit kleinem Volumen zur Spülung der Leitung zwischen Mischer und Tandembehälter nachgeschoben.

Ein Rührwerk sorgt für die gute Vermischung der Konzentrate im oberen Tandembehälter. Nach Ablauf der Rührzeit wird der Weg in den unteren Behälter geöffnet. Im freien Gefälle gelangt das Konzentrat in den unteren Behälter und steht dort einer nachgeschalteten kontinuierlichen Anlage zur Verfügung, in der Bier mit Getränkewasser, Zucker und Konzentraten vermischt wird. Sofort wird ein neuer Ansatz mit gleichen Konzentraten im oberen Behälter vorbereitet.

Die Entnahme aus dem unteren Tandembehälter dauert grundsätzlich erheblich länger, als der Ansatz des neuen Konzentrates im oberen. Eine kontinuierliche Arbeitsweise des Gesamtsystems ist somit gewährleistet. Zur Nachimprägnierung wird eine Karbonisierung in die Anlage eingebunden.

Zusammenfassung

Durch die Verbesserung der Messtechnik sowie der Erhöhung der Zuverlässigkeit der Analysentechnik ist die kontinuierliche Ausmischung für Anlagen mit hoher Leistung bestens geeignet. Bauliche Voraussetzungen sowie die Häufigkeit des Produktwechsels in Verbindung mit dem Ansatz von Trockenstoffen rechtfertigen den Einsatz aller beschriebenen Systeme. Die Machbarkeitsanalyse wird diese Frage beantworten.

Der Autor:
Wolfgang Zenker, Jahrgang 1952. Studium an der Fachschule für Elektrotechnik Hildesheim zum staatlich geprüften Elektrotechniker. Seit 1987 Key Account Manager Erfrischungsgetränke-und Spirituosenindustrie bei Diessel in der Sparte Food & Beverage Systems

Veröffentlicht in: GETRÄNKEINDUSTRIE 9/2005

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