Hygienisch abfüllen

Behälterstation zum aseptischen Befüllen und Entleeren

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24.10.2014 Immer auf der sicheren Seite! Unternehmen in den Bereichen Lebensmittel, Pharmazie, Kosmetik und Chemie setzen häufig mobile Behälter aus Edelstahl für den Transport oder für die Zwischenlagerung von flüssigen Produkten ein. Ob Salben, Cremes, Grundstoffe für Getränke, Fruchtzubereitungen, Joghurt, Aromen, Pasten oder Farben und Lacke: Die Vielfalt der Medien reicht von niedrigviskosen, wässrigen Lösungen bis zu halbfesten Formen.

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Entscheider-Facts für Betreiber

  • Unternehmen in den Bereichen Lebensmittel, Pharmazie, Kosmetik und Chemie setzen häufig mobile Behälter aus Edelstahl für den Transport oder für die Zwischenlagerung von flüssigen Produkten ein.
  • Ein Vorteil dieser Gebinde liegt unter anderem in deren Verwendung als echte Mehrwegverpackung. Durch ihre Langlebigkeit wird Abfall vermieden und Umweltressourcen werden geschont.
  • Da es sich bei dem System um einen geschlossenen Prozess handelt, können die Anforderungen an die Reinraumtechnik gesenkt und Kosten reduziert werden.

Für den Einsatz solcher Container gibt es unterschiedliche Gründe:

  • Transport zum Lohnabfüller,
  • Transport zur Weiterverarbeitung,
  • Transport zum Kunden oder
  • Zwischenlagerung.

Ein Vorteil dieser Gebinde liegt unter anderem in deren Verwendung als echte Mehrwegverpackung. Durch ihre Langlebigkeit wird Abfall vermieden und Umweltressourcen werden geschont. Für empfindliche Produkte, wie zum Beispiel in der Lebensmittelindustrie, ist der Vorgang beim manuellen Anschließen des Behälters an die herstellende Anlage, wie beipielsweise Mischer, Ausmischstation etc., bzw. an die abfüllende Anlage besonders kritisch, da das System geöffnet wird und Mikroorganismen eindringen könnten.

Ruland Engineering & Consulting entwickelte auf Basis langjähriger Anwendungserfahrung bei Kunden eine Behälterstation, die einige Vorteile in der Bedienung bietet. Mit dieser Containerstation kann das mikrobiologische Risiko ausgeschaltet und der korrekte Ablauf automatisiert und dokumentiert werden.

Behälter in unterschiedlichen Ausführungen
In der Regel liegen die Volumina der Transportbehälter zwischen 200 und 1.500 l. Sie weisen die unterschiedlichsten Formen und Ausstattungsmerkmale auf, wie:

  • Druck-/Vakuumbehälter;
  • Doppelmantel zum Beheizen oder Kühlen;
  • Isolierung;
  • verschiedene Bodenneigungen/Ausläufe je nach Fließeigenschaft der Produkte;
  • Deckel verschweißt, geflanscht, mit Klappschrauben, Hutmuttern oder Bajonettverschluss;
  • Integration von Sicherheitsventilen, Be-/Entlüftungsventilen, Sterilfilter und anderen Armaturen;
  • Stapelfähigkeit innerhalb eines Systems;
  • unterschiedliche Edelstähle (1.4404, 1.4435).

Alle Behälter haben eine Auslaufarmatur. In der Lebensmittelindustrie hat sich das Scheibenventil DN 50 mit Gewindestutzen nach DIN 11851 als Standard durchgesetzt. In pharmazeutischen Unternehmen ist eine größere Vielfalt vorhanden, sowohl bei den Armaturen als auch bei den Anschlüssen. Hier werden jeweils spezielle Adapter konstruiert.

Der Umlauf eines Behälters
Bei Produkten mit hohen Anforderungen an die Mikrobiologie sind besondere Sicherheitsmaßnahmen zu berücksichtigen. Sowohl der Behälter als auch die entsprechenden Leitungen müssen sterilisiert werden. Bei weniger empfindlichen Produkten ist der Aufwand deutlich geringer. Der Behälter wird mit Dampf sterilisiert. Temperatur und Zeitprofil der Sterilisation richten sich nach dem Füllgut und den Auslegungsdaten der Behälter. Auch die Richtung des Dampfflusses – von oben nach unten oder umgekehrt – ist von den Anschlussmöglichkeiten und deren Nennweiten abhängig. Sowohl für ein schnelles Erhitzen als auch für das Trockenblasen müssen entsprechende Durchsatzleistungen erreicht werden. Nach der Sterilisation wird der Dampf mit Sterilluft oder Stickstoff ausgeblasen und das System getrocknet.

Sterilisieren der Füllleitung
Der sterilisierte Behälter steht am Füllplatz auf einer Waage. Vor dem Füllen muss auch die Zuleitung sterilisiert werden. Die Befestigung des Füllschlauchs mit der Nutmutter erfolgt manuell, entweder direkt oder über ein kurzes Rohrstück an das Anschlussventil des Behälters. Die Füllleitung wird nun bis zum geschlossenen Ventil des Behälters gedämpft. Das Kondensat kann über ein kleines Ventil am Rohrstück abgelassen werden. Nach Ablauf der Sterilisationszeit kann sofort gefüllt werden oder die Füllleitung wird mit Sterilluft trocken geblasen. Ein Vakuum durch Kondensation des Dampfes in der Füllleitung muss in jedem Fall vermieden werden.

Füllen des Behälters
Das Behälterventil wird geöffnet, die Waage tariert und der Behälter befüllt, bis das Waagensignal das Füllventil wieder schließt. Die hierbei verdrängte Luft muss über einen im Behälter integrierten oder aufgesteckten Sterilfilter soweit abgelassen werden, dass ein Überdruck im Kopfraum erhalten bleibt. Das tatsächliche Füllgewicht wird auf das Behälteretikett gedruckt und der Behälter versandfertig vorbereitet.
Der Behälter wird zum Kunden oder im Betrieb an den Bestimmungsort transportiert. Daher muss er geeignete Transporteigenschaften, wie beispielsweise Rollen, Staplerlaschen, Kupplung für Fördereinrichtungen, haben.

Entleeren des Behälters
Der volle, unter leichtem Überdruck stehende Behälter wird an eine Ablaufleitung angeschlossen und entleert. Im Prinzip sind die gleichen Schritte wie beim Füllen notwendig:

  • Sterilisieren der Entleerleitung,
  • Trockenblasen der Leitung und
  • Entleeren des Behälters.

Der Überdruck wird beim Entleeren durch die Zugabe von Sterilluft oder Stickstoff aufrecht erhalten und der Behälter schließlich zum Abfüllbetrieb zurückgeschickt.

Bei der Behälter-Reinigung wird zuerst der Behälter drucklos gemacht, an eine CIP-Anlage angeschlossen und durchläuft eine Reinigung, zum Beispiel Vorspülung/Laugespülung/Nachspülung. Je nach Produkt kann auch eine Säurespülung integriert sein. Auch die Außenreinigung der Behälter ist erforderlich. Nach der Reinigung wird der Behälter wieder komplettiert und kann nun einer weiteren Sterilisation zugeführt werden.

Besonderheiten der Containerstation
Beim Einsatz in den unterschiedlichsten Kundenbetrieben sind verschiedene Anforderungen an eine ergonomische, sichere Containerstation deutlich geworden. So wurde die Ursprungsausführung mit entsprechendem Equipment ergänzt.

Für ein ergonomisches, zeitsparendes Handling beim An- und Abkoppeln wird eine pneumatische Andockarmatur eingesetzt. Durch eine pneumatisch betätigte Armatur wird der Füllkopf durch Knopfdruck an das Scheibenventil des Behälters gedrückt und abgedichtet. Die Verbindung bleibt auch bei Luftausfall sicher bestehen. Die Ventil-Situation muss je nach Anwendungsfall geprüft werden. An die pneumatische Anschlussarmatur sind die benötigten Produkt- und Servicemedienventile direkt angeschweißt. So können minimale Toträume und geringste Produktverluste gewährleistet werden. Zur ergonomischen Bedienung ist der Füllkopf mit Griffen versehen und gewichtsentlastet an einem Ausleger aufgehängt.

Ausgeklügelte Ventiltechnik und Steuerung
Für die sterile Abfüllung werden Ventile eingesetzt, die den aseptischen Anforderungen der Verfahrenstechnik genügen, zum Beispiel Membranventile oder, bei geringeren Anforderungen an die Steriltechnik, Scheibenventile. Die Ventile werden so angeordnet, dass keine
Toträume entstehen und das Spülen oder CIP-Reinigen vollständig möglich ist. Bei Bedarf kann auch eine Probenentnahme integriert werden.

Als Messgrößen für die Steuerung und Überwachung der Sterilität, sowohl der Füllleitung als auch des Behälters, werden Temperatur und Druck erfasst. Die entscheidenden Prozessparameter sind fest in der Steuerung hinterlegt. Der Ablauf nach dem Ankoppeln der Befüll-Armatur an den Behälter ist automatisiert und durchläuft folgende Schritte:

  • Eingabe der Daten (Bediener, Kundendaten, Produkt, Charge, Tankgröße, Tanknummer, Sollgewicht);
  • Sterilisation der Leitungen mit Zeit- und Temperaturüberwachung;
  • Trockenblasen der Leitungen;
  • Öffnen des Behälterventils/Befüllen des Behälters/Schließen des Behälterventils;
  • Spülen des Füllkopfes;
  • Ausblasen des Füllkopfes;
  • Abkoppeln des Füllkopfes;
  • Chargenende oder Behälterwechsel.

Über ein eichfähiges Wägemodul kann der Behäl-
terinhalt genau erfasst werden. Ein Barcode-Lesegerät kann die Behälternummer direkt einlesen. Die Steuerung kann an übergeordnete Systeme angebunden werden und Daten mit diesen Systemen austauschen. Die Visualisierung erfolgt in der Standardversion über ein 5,7″ Touch Panel. Optional kann ein großes 19″ Touch Panel eingebaut werden, das PC-gestützt die Protokollierung und Archivierung des kompletten Vorgangs ermöglicht und so die Einhaltung aller kritischer Parameter dokumentiert.

Fazit
Neben den klassischen Anwendern in der Lebensmittelindustrie gibt es auch reges Interesse aus der pharmazeutischen Industrie. Da es sich bei dem beschriebenen System um einen geschlossenen Prozess handelt, können die Anforderungen an die Reinraumtechnik gesenkt und Kosten reduziert werden.l

Brau Beviale Halle 5 – 207

 

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Heftausgabe: November 2014
Bernhard Scheller, geschäftsführender Gesellschafter Runland Engineering und Consulting

Über den Autor

Bernhard Scheller, geschäftsführender Gesellschafter Runland Engineering und Consulting

Bernhard Scheller, geschäftsführender Gesellschafter Ruland Engineering & Consulting

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