Messgeräte für Misch- und Dosieraufgaben in der Herstellung von Kosmetikprodukten

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12.11.2010 Der Markt für Kosmetikprodukte bleibt umsatzstark: Laut dem VKE-Kosmetikverband ist in diesem Jahr auf Umsatzstabilität und ein geringes Wachstum zu hoffen. Damit es auch weiterhin gut läuft, sollten die Hersteller die Möglichkeiten moderner Automatisierungstechnik ausschöpfen.

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Entscheider-Facts Für Anwender


  • Das Coriolis-Messprinzip ist mittlerweile in der Pharma- und Kosmetikindustrie fest etabliert und wird an vielen Stellen für Mess- und Dosieraufgaben eingesetzt.
  • Wenn es um eine Erhöhung der Ausbeute bzw. den optimalen Einsatz der Rohstoffe geht, wird Messtechnik benötigt, die höchste Genauigkeit und Reproduzierbarkeit auch bei schwierig zu messenden Produkten bietet.
  • Dies ist nur gewährleistet, wenn auf Seiten des Messtechnikherstellers das nötige Applikationswissen vorhanden ist.
  • Nur mit dem entsprechenden Anwendungs-Know-how lässt sich die jeweils beste Messlösung für den Prozess und damit für eine gleichbleibend hohe Produktqualität finden.

Obgleich der Rückgang sehr niedrig ausfiel, veranlasste er einige Pharmahersteller dazu, verstärkt nach neuen Automatisierungsmöglichkeiten für ihre Produktionen zu suchen. Mit dieser Aufgabe betreuten sie vor allem ihre Anlagenbauer, die wiederum Forderungen an ihre Lieferanten weiterreichten. In der Pharma- und Kosmetikherstellung gibt es eine ganze Reihe verschiedener Misch- und Dosieraufgaben, für die ein komplexes Zusammenspiel aus Messgeräten und Steuereinrichtungen stets reibungslos funktionieren muss, um eine gleichbleibend hohe Produktqualität zu sichern. Aus Sicht der Messtechnik sind viele dieser Aufgaben nicht einfach zu realisieren, da die Produkte zum Beispiel hoch viskos, nicht leitfähig oder mit hohen Luftanteilen versehen sind.

Anhand der Produkteigenschaften und der Prozessbedingungen wird meist schnell klar, welches Messprinzip für die Aufgabe in Frage kommt: Bei geringer oder nicht vorhandener Leitfähigkeit scheiden beispielsweise magnetisch-induktive Geräte aus. Schwebekörper-Durchflussmessgeräte wären eine mögliche Alternative, sind aber aufgrund des Druckverlustes nur mit erhöhter Pumpenleistung einsetzbar. So werden nach und nach die verschiedenen Vor- und Nachteile der Messprinzipien gegeneinander gestellt, bis eine passende Lösung gefunden wird.

Coriolis ist die beste Lösung

Obwohl es das „One-fits-all“-Messgerät nicht gibt, ist doch ein Messprinzip mittlerweile untrennbar mit der pharmazeutischen Produktion verbunden und findet weite Verbreitung: die Masse-Durchflussmessung auf Grundlage der Corioliskraft. In vielen Misch- und Dosierprozessen ist weniger das Volumen, sondern die Masse des eingebrachten Produktes interessant. Die direkte Massemessung bietet eine hohe Genauigkeit in den verschiedensten Einbausituationen. Coriolis-Masse-Durchflussmessgeräte wie der Optimass 7300 mit einem einzelnen geraden Messrohr sind nicht nur aufgrund der leichten Reinigbarkeit sehr gut geeignet für die hygienischen Anwendungen in der Pharmaindustrie. Das Messgerät hat keinerlei Einbauten und kann wie ein Teil der Rohrleitung behandelt werden. Viele Produkte mit hoher Viskosität können beim Einsatz von herkömmlichen Prozesspumpen nur noch mit einem Einrohr-Messsystem gemessen werden. Bei Geräten mit Strömungsteiler wäre der entstehende Druckverlust zu berücksichtigen und erfordert gegebenenfalls den Einsatz von stärkeren Pumpen.

Ein deutscher Hersteller von Kosmetikprodukten entschied sich aus diesem Grund für die Ausrüstung einer Mischstrecke mit Coriolis-Geräten. In der Mischstrecke zur Herstellung eines Haarpflegemittels werden über Dosierpumpen neun Rohstoffe bzw. Vorprodukte eindosiert. Das zunächst getestete Geradrohr-Gerät eines anderen Messgeräte-Herstellers lieferte bei einem der dosierten Produkte, das einen hohen Luftanteil hat, keine zuverlässigen Ergebnisse. Ein Austausch des Gerätes durch einen Optimass 7300 brachte den Durchbruch: stabile, wiederholbare Messergebnisse ohne „Aussteigen“ des Gerätes. Luftbehaftete Medien sind für viele Coriolis-Geräte ein Problem, da die im Medium enthaltene Luft die Schwingung so stark dämpfen kann, dass das Gerät aus seinem definierten Schwingungsfrequenzband herausläuft und einen Fehler meldet. Der Optimass arbeitet mit einer niedrigeren Schwingungsfrequenz und ist daher weniger empfindlich gegenüber Gaseinschlüssen.

Mischstrecke komplett umgerüstet

Zudem war der Hersteller in der Lage, mit diesem einen Gerätetyp alle Medien auf der Mischstrecke, wie zum Beispiel UV-gereinigtes Wasser, verschiedene Tenside, Natriumchloridlösung oder Fruchtsäure, zu messen. Daraufhin entschied er sich kurzerhand, die gesamte Mischanlage mit insgesamt neun dieser Geradrohr-Messgeräte in unterschiedlichen Nennweiten auszurüsten. Diese wurden alle entsprechend der Kundenforderung mit Titan-Messrohr geliefert, alternativ sind Hastelloy und Edelstahl verfügbar. Für besonders aggressive Medien ist auch eine Tantal-Variante im Standardprogramm enthalten.

Die Anbindung der Messgeräte an das Leitsystem des Kosmetikherstellers geschah entsprechend der Spezifikation über Profibus PA. Je nach Medium wurden verschiedene Messbereiche von 0 bis 150 bis hin zu 0 bis 5000l/h vorgegeben. Die Viskositäten reichen von 1 bis 50mPa·s bis zu 1000 bis 6000mPa·s. Über die integrierte simultane Dichtemessung kann bei Bedarf zudem eine Konzentrationsbestimmung des Produktes durchgeführt werden. In der Applikation herrschen unterschiedliche Temperaturen von Umgebungstemperatur bis 90°C; einige der Medien sind nur bei diesen höheren Temperaturen fließfähig. Der geringe Temperaturverlust der Geradrohrkonstruktion ermöglicht es, die Produkte auf der richtigen Temperatur zu halten und die Gefahr einer Verstopfung des Messrohrs auszuschließen. Daher konnte für alle Messstellen auf einen optional lieferbaren Heizmantel verzichtet werden. Umgebungs- oder Medientemperaturänderungen haben praktisch keinen Einfluss auf das Messergebnis, da die Geräte standardmäßig bei drei unterschiedlichen Temperaturen kalibriert werden, wobei die Daten für die integrierte Temperaturkompensation erfasst werden. Die Drücke liegen zwischen 8 bis 10bar, dem die Titanmessrohre mit einer Belastbarkeit bis zu 100bar Relativdruck (bei 20°C) mühelos standhalten.
Anhand dieser Applikation lassen sich die unterschiedlichen Vorteile des Coriolis-Messprinzips gut darstellen. Änderungen von Viskositäten eines Mediums haben keinen Einfluss auf die Messgenauigkeit. Durch das einzelne Messrohr sind die Fließgeschwindigkeiten in den Geräten sehr klein, und selbst scherempfindliche Produkte können gemessen werden. Coriolis-Masse-Durchflussmessgeräte werden häufig auch in Batchanlagen eingesetzt, wobei mehrere verschiedene Produkte (nacheinander) über ein Gerät gemessen werden. Neben Luft- und Gaseinschlüssen ist das Verfahren unempfindlich gegenüber Feststoffanteilen. Ein weiterer Pluspunkt ist die problemlose Installation der Geräte: Es gibt so gut wie keine Einschränkungen beim Einbau. Die Geräte sind unempfindlich gegenüber Schwingungen der Rohrleitung und können direkt am Gehäuse abgestützt werden. Ein Einbau ohne gerade Einlaufstrecke ist möglich. Dies ist vor allem bei der Installation in bestehenden Anlagen interessant, wo häufig räumlich enge Verhältnisse vorliegen.

Tankwagen vollautomatisch befüllen

Eine weitere typische Anwendung für Coriolis-Geräte ist das Messen von Stoffen beim Verladen in Tankwagen. Häufig geschieht dies mithilfe von Lkw-Waagen. Die direkte Massedurchfluss-Messung des Produktes beim Befüllen ist genauer und weniger zeitaufwendig. Nach Erreichen der zuvor eingestellten Menge wird das Befüllen automatisch gestoppt. Dabei können die Coriolis-Geräte auch einen Trennpunkt bestimmen: Wird ein Produkt zum Beispiel mithilfe von Wasser durch die Rohrleitungen gedrückt, kann über die integrierte Dichtemessung der Trennpunkt zwischen Produkt und Wasser exakt bestimmt werden. Damit ist ein vollautomatisches Befüllen der Tankwagen möglich. Im Vergleich zu einer Waage bietet diese Lösung wesentlich geringere Kosten für Planung, Bau und Wartung der Verladeanlage. Ein erhöhter Reinigungsaufwand besteht nicht, da das Messgerät als Bestandteil der Rohrleitung einfach über CIP/SIP mit gereinigt werden kann.

 

Heftausgabe: November 2010
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Jörg Holtmann , PR Manager Krohne Messtechnik

Über den Autor

Jörg Holtmann , PR Manager Krohne Messtechnik
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