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Schüttgutmessungen in der Lebensmittelindustrie

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20.10.2010 Bei den permanenten Weiterentwicklungen in der Lebensmittelindustrie nimmt die Messtechnik mittlerweile einen festen Platz ein. Verschiedene Messverfahren verbessern das Handling von Schüttgütern nachhaltig. Sei es zu wissen, ob definierte Grenzstände erreicht sind, ob Material in einer Leitung überhaupt noch fließt, welcher Feuchtegehalt vorhanden ist oder welche Menge durchgesetzt wird.

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Entscheider-Facts Für Anwender


  • Zur Überwachung des Materialflusses kann der berührungslos arbeitende Mikrowellen-Bewegungsmelder Flowjam bei allen Schüttgütern eingesetzt werden.
  • Der wichtigste Vorteil des Bewegungsmelders gegenüber anderen Methoden der Materialflussüberwachung ist seine absolute Unempfindlichkeit gegen Verschmutzungen.
  • Nahezu alle Arten von Schüttgütern können mit dem Progap II auf ihren Grenzstand hin detektiert werden.
  • In Kombination mit einer Messsignalauswertung liefert der Mikrowellensensor Solidflow ein direktes Maß für den Massenstrom bis zu einer Stundenleistung von 20t.
  • Wo große Schüttgutmengen nach mechanischen Förderorganen, wie Förderschnecken, Luftförderrinnen, Zellenradschleusen oder ähnlichen mechanischen Austragsorganen gemessen werden müssen, hat der Maxxflow HTC sein Einsatzgebiet.

Zur Überwachung des Materialflusses kann der berührungslos arbeitende Mikrowellen-Bewegungsmelder Flowjam bei allen Schüttgütern eingesetzt werden. Der DK-Wert des Materials spielt dabei keine Rolle. Selbst bei Kieselsäure in kleinen Mengen wird vom Bewegungsmelder ein Materialfluss erkannt. Der Sensor ermöglicht die Materialflussüberwachung ab einer Fließgeschwindigkeit von 10cm/s. Die Detektion erfolgt unabhängig von der Bewegungsrichtung durch die Auswertung des Dopplereffektes. Materialbewegung in Rohrleitungen, Schächten, Freifallstrecken oder Übergabestellen wird durch zwei Schaltzustände am Ausgangsrelais angezeigt. Weitere Einsatzbereiche finden sich an Förderbändern, Materialzuführungen oder volumetrischen Dosieranlagen. Um den teilweise unterschiedlichen Anforderungen gin der Praxis erecht zu werden, wurde dieses Gerät kontinuierlich an die verschiedenen Anforderungen der Prozesse angepasst. Aus dem Bedarf für eine hohe Empfindlichkeit, wo also auch wenig Staub sofort detektiert werden soll, ist der Flowjam-high entstanden.

Alle Mitglieder der Flowjam-Familie können mit dem optional lieferbaren Prozessadapter ausgerüstet werden, der den Einsatz bei Temperaturen bis 200°C und Druck bis 20bar ermöglicht. Gleichzeitig ist durch den Prozessadapter der Einsatz in Ex-Zone 20/22 möglich. Mit einer Keramikarmatur ist sogar eine Entkopplung zu sehr heißen Bereichen, wie beispielsweise Zyklonen, möglich.
Der allerwichtigste Vorteil des Bewegungsmelders im Vergleich zu anderen Methoden der Materialflussüberwachung ist seine absolute Unempfindlichkeit gegen Verschmutzungen aller Art. Durch Materialanbackungen, wie sie in Schüttgutprozessen immer wieder vorkommen können, detektiert der Flowjam mühelos hindurch. Die Überwachung von Materialbewegung durch nichtmetallische Materialien, wie beispielsweise Glas, PVC, Keramik oder ähnliches, erweitert zusätzlich die Bandbreite der Einsatzmöglichkeiten.

Grenzstand im rauen Prozess?

Maximum oder Minimum? Eine zuverlässige Antwort auf diese simple Abfrage zu erhalten erweist sich in der Realität häufig als unerwartet schwierig. Auch hier hat sich der Einsatz von Radar bewährt. Nahezu alle Arten von Schüttgütern können mit dem Progap II auf ihren Grenzstand hin detektiert werden. Die Gefahr, dass sich Aggregate wegen Behälterüberfüllung zusetzen oder Qualitätsschwankungen durch Leerläufe entstehen, kann durch frühzeitigen Alarm vermieden werden. Standardmäßig kann in allen Behältern bis zu einem Durchmesser von 18m gemessen werden. Auch Ausführungen, die in der Lage sind, Grenzstände über wesentlich größere Distanzen anzuzeigen, stehen zur Verfügung. Das Abtasten des Materialstandes erfolgt mit dem Progap-System über den kompletten Behälterquerschnitt. Die Gefahr des „Freischwingens“, bzw. des „Zusetzens“, wie sie bei Messgeräten besteht, die mit Vibrotechnik arbeiten, ist bei diesem Gerät ausgeschlossen.

Beschädigungen durch das Material sind nicht möglich, da der Einbau wandbündig erfolgt. Der Einbau der beiden baugleichen Teile, Sender und Empfänger, wird im Regelfall über einen 1½“-Gewindestutzen vorgenommen. Aber auch mit jeder anderen Befestigungsart, die sicherstellt, dass Sender und Empfänger korrekt aufeinander ausgerichtet sind, kann installiert werden.
Genauso wie bei der Materialflussüberwachung mit Flowjam kann auch der Progap II mit dem Prozessadapter für 200°C, Druck bis 20bar und Ex-Zonen-Trennung 20/22 sowie mit der Flanscharmatur für Hochtemperaturbereiche ausgerüstet werden. Durch alle nichtmetallischen Materialien, wie zum Beispiel PVC, Quarzglas, Plexiglas oder Schamott, kann der Progap II hindurch detektieren. Überwachungsvorgänge werden somit völlig vom Behälterinnenraum entkoppelt.

Einfaches Nachrüsten der Systeme

Um eine Online-Mengenerfassung von Schüttgütern durchzuführen, sind dank moderner Messtechnik nicht mehr nur Bandwaagen und Prallplatten denkbar. Die Zahl der Anwendungen, in denen Schüttgutmengenmessungen elektronisch vorgenommen werden, steigt permanent. Die Vorteile für den Anwender liegen deutlich auf der Hand: Das Nachrüsten der Systeme ist einfach. Zusätzliche Bauhöhen sind nicht erforderlich. Einbauten in den Förderstrom gibt es nicht. Testmessungen sind ohne großen Aufwand kurzfristig möglich. Ex-Bereiche und Temperaturen bis etwa 400°C sind kein Hindernis.

In Kombination mit einer Messsignalauswertung liefert der Mikrowellensensor Solidflow ein direktes Maß für den Massenstrom bis zu einer Stundenleistung von 20t. Mit diesem System können alle Pulver, Stäube und Granulate bis zur genannten Menge im Freifall und in pneumatischen Leitungen gemessen werden. In der Lebensmittelindustrie hat der Solidflow seine Funktionalität beim Erfassen von Gewürzmischungen und vielen weiteren Lebensmitteln unter Beweis gestellt.
Das menügeführte Bedienen der Solidflow-Auswerteelektronik erlaubt dem Anwender eine einfache Inbetriebnahme, die in wenigen Schritten durchgeführt kann. Die Bedienerführung erfolgt wahlweise in drei Sprachen und kann entweder per Touch-screen oder mit Laptop durchgeführt werden. Zusätzlich ist die Auswerteelektronik mit einem Summenzähler ausgestattet. Die Möglichkeit, bis zu vier verschiedene Materialien in der Elektronik zu hinterlegen, erweitert der Einsatzbereich nochmals. Als Ausgangssignale stehen ein 4…20-mA-Analogsignal und zwei Relaisausgänge zur Verfügung.
Heute wird das Dosieren von festen Stoffen häufig volumetrisch vorgenommen. Einziger Anhaltspunkt für das Einstellen einer gewünschten Menge ist dabei die Drehzahl von mechanischen Förderorganen, meist Zellenradschleusen oder Schneckenförderern. Da jedoch die Materialkompressibilität und der Füllgrad des Förderers nachweislich nicht immer konstant sind, kommt es häufig zu starken Abweichungen zwischen Soll und Ist der Austragsmenge. Qualitätsschwankungen und unnötiger Materialeinsatz sind die Folge. Die Kosten steigen. Mit der Radartechnologie kann das drehzahlgesteuerte Dosieren zur geregelten Dosierung aufgerüstet werden, ohne eine aufwendige und teuere Verwiegeeinrichtung zu integrieren.

Mengenerfassung bei großenFördermengen

Egal, welches Material in großen Mengen (>20t/h) gemessen werden soll – mechanische Verfahren und die Schaffung von teurer Bauhöhe können mit dem Maxxflow HTC vermieden werden. Wo große Schüttgutmengen nach mechanischen Förderorganen, wie Förderschnecken, Luftförderrinnen, Zellenradschleusen oder ähnlichen mechanischen Austragungsorganen gemessen werden müssen, hat der Maxxflow HTC sein Einsatzgebiet. Die Tatsache, dass auch hier keinerlei Einbauten in den Förderstrom vorgenommen werden müssen, lässt die Vorteile dieser Technik klar erkennen. Eine Obergrenze für den Durchsatz gibt es nicht. Jede beliebige Materialmenge ist messbar. Egal ob es sich um Stundenleistungen von 50, 180, 290 oder mehr Tonnen pro Stunde handelt. Die Bauhöhe des Sensorelements beträgt 300mm. Nachrüsten in bestehende Anlagen ist daher einfach, auch weil die Einbaulage völlig beliebig ist.

Das Durchflussmessgerät hat einen extrem abrasionsbeständigen, keramischen Innenkörper, der auch alle hygienischen Voraussetzungen erfüllt, die in Lebensmittelprozessen gefordert werden. Das System kann bis zu einer Materialtemperatur von 120°C eingesetzt werden. Beim Einsatz in neuen Anlagen kann durch seine kurzen Abmaße häufig Bauhöhe eingespart werden, die früher obligatorisch für mechanische Messeinrichtungen mit eingeplant werden musste. Bei kontinuierlicher Förderung kann der Messaufnehmer unmittelbar nach dem Austrag des Förderorgans eingebaut werden. Auslaufstrecken sind generell nicht erforderlich. Die Messung ist gleichermaßen unabhängig von der Fließgeschwindigkeit wie vom Flussbild des Fördergutes in der Leitung.

Online-Feuchtemessung von festen Stoffen

Das Bestimmen der Materialfeuchte in allen Ex-Bereichen bis 120°C kann durch Probenahme und Analyse im Labor erfolgen. Der Aufwand ist allerdings groß, und es vergeht oft viel Zeit, bis aufgrund der Werte Einfluss auf den Produktionsprozess genommen werden kann. Qualität, Prozesssicherheit und Output sinken, Zeitaufwand und Kosten nehmen zu. Eine Möglichkeit, mit der die Materialfeuchte online während des laufenden Prozesses erfasst werden kann, bietet auch hier die Mikrowelle. Die Feuchtemessung per Mikrowelle beruht auf dem Prinzip eines offenen Resonators. Es wird im hochfrequenten Wellenbereich gemessen. Dabei wird die Oberflächen- und Kapillarfeuchte erfasst. Der Dämpfung der in das Messgut eingekoppelten Mikrowelle wird der momentane Feuchtigkeitswert zugeordnet. Veränderungen der Dämpfung sind proportional zum Wassergehalt. Die Sensorelektronik der Sonde, die in einem Edelstahlflanschgehäuse untergebracht ist, wird durcheine verschleißfreie Keramikscheibe geschützt. Die Messung kann auch problemlos durch Kunststoffe vorgenommen werden.

Die wichtigste Voraussetzung für eine korrekte Messung der Restfeuchte in Schüttgütern ist die richtige Wahl des Einbauortes für den Sensor. Bei Schüttgutrutschen oder Förderbändern muss darauf geachtet werden, dass das Material mit einer möglichst gleichmäßigen Schichthöhe über die Sonde geführt wird. Als besonders Vorteilhaft hat sich der Einbau des Feuchtemessgerätes M-Sens2 in Förderschnecken erwiesen. Als Ausgabe erhält der Nutzer ein 4…20-mA-Signal sowie zwei Alarmkontakte. Der Sensor kann in die höchsten Ex-Kategorien (Gas + Staub) und bis zu einer Temperatur von 120°C eingebaut werden.

Nahezu alle Arten von Schüttgütern können mit dem Progap II auf ihren Grenzstand hin detektiert werden
Der Mikrowellensensor Solidflow liefert ein direktes Maß für den Massenstrom bis zu einer Stundenleistung von 20t

Heftausgabe: Oktober 2010

Über den Autor

Marcus Bronner , Head of Sales/Support SWR Engineering
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