Durchfluss macht die richtige Dosis

Coriolis- und Ultraschalltechnik zur Dosierung von Lebensmittel-Additiven

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21.06.2019 Natürliche Inhaltsstoffe gewinnen in der Lebensmittel- und Getränkeindustrie immer mehr an Bedeutung. Sie sind aber oft auch schwieriger zu verarbeiten als künstliche oder naturidentische Zusatzstoffe. Die richtigen Technologien sorgen für die schnelle, kosteneffiziente und reproduzierbare Dosierung dieser Lebensmittel-Additive.

Entscheider-Facts

  • Zusatzstoffe wie Farb- und Aromastoffe, aber auch Stabilisatoren und Säuerungsmittel zuverlässig zu dosieren ist von entscheidender Bedeutung – etwa in der Süßwarenherstellung.
  • Bei der traditionellen gravimetrischen Methode wird die Dosierung von Masse/Volumen durch den Einsatz eines Absperrventils und einer Waage erreicht.
  • Eine Alternative stellt eine in Ultraschall- oder Coriolis-Durchflussmessgeräten integrierte Dosiertechnik dar. Sie ermöglicht es, teure Flüssigkeiten genau und reproduzierbar zu dosieren.
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Coriolis- und Ultraschalltechnik
ermöglichen die Dosierung kleiner Mengen flüssiger Additive mit sehr geringer Toleranz. (Bild: Bronkhorst)

Zu den verwendeten Zusatzstoffen gehören Farb- und Aromastoffe, aber auch Stabilisatoren und Säuerungs-mittel. Diese zuverlässig zu dosieren ist von entscheidender Bedeutung, denn für die meisten Verbraucher und Hersteller ist eine Abweichung in Geschmack und Farbe nicht akzeptabel. Um immer genau die gleiche Farbe und den gleichen Geschmack zu erhalten, muss im Produktionsprozess die gleiche Produktzusammensetzung für jede produzierte Charge sichergestellt sein. Um die Anforderungen der Kunden- und Qualitätskontrolle sowie der Kosteneffizienz dahingehend zu erfüllen, ist es notwendig, die Produktionsprozesse neu zu definieren.

Batch-Dosiertechnik ist ins Durchfluss-Messgerät integriert

Traditionell wird die Dosierung von Masse/Volumen durch den Einsatz eines Absperrventils mit einer Waage erreicht. Die Waage befindet sich unter einer Ventilauslassdüse und öffnet nach einem Nullstellvorgang das Ventil. Die Waage sendet ein Signal an die SPS oder die Steuereinheit, und wenn die Charge erreicht ist, schließt sich das Ventil. Danach lässt sich der nächste Inhaltsstoff dosieren.

Eine zeit- und kosteneffiziente Alternative zu dieser gravimetrischen Methode ist die Batch-Dosiertechnik Cori-Fill. Dabei handelt es sich um eine Firmware, die in alle Coriolis- und Ultraschall-Durchflussmesser sowie -regler von Bronkhorst integriert ist. Die Technologie verfügt über einen integrierten Batch-Zähler mit der Möglichkeit, Absperrventile, Proportionalventile oder (Zahnrad-)Pumpen direkt zu steuern.

Die Dosiertechnik ermöglicht die Dosierung kleiner Mengen flüssiger Additive mit nur minimaler Toleranz. Die Firmware ist mit einer „Lernfunktion“ ausgestattet, um auch sehr kleine Abweichungen automatisch zu korrigieren – zum Beispiel bei der Inbetriebnahme des Gerätes oder beim Wechsel von Versorgungschargen. Das Setup ist auf die Anforderungen in der Lebensmittelproduktion zugeschnitten und lässt sich problemlos in bereits bestehende Produktionsstätten integrieren.

Coriolis- oder Ultraschall-Technologie

Bild 3 CORI-FILL method

Bei dieser Methode ist Dosiertechnik ist in die Ultraschall- oder Coriolis-Durchflussmessgeräte integriert. (Bild: Bronkhorst)

Neben der Batch-Dosiertechnik sind die Coriolis-Massendurchflussmesser mit einer integrierten PID-Regelung zur direkten Ansteuerung weiterer Stellglieder – wie Ventile und Pumpen – ausgestattet. Mit einem Coriolis-Gerät lassen sich der direkte Massenstrom (z.B. g/h) sowie darüber hinaus Durchfluss, Temperatur und Dichte messen. Die PID-Regelung ermöglicht eine sehr schnelle Kommunikation und erhöht damit die Geschwindigkeit und Qualität der Regelung deutlich.

Die Dosiergeschwindigkeit bleibt auch im Langzeitbetrieb stabil.

Neben den Coriolis-Massendurchflussmessern eignet sich auch der Ultraschall-Durchflussmesser ES-Flow zur Messung kleiner Volumenströme von Flüssigkeiten.

Das Gerät greift dazu auf eine innovative Ultra-schallwellentechnologie zurück. Ähnlich wie die Coriolis-Geräte bestehen diese Durchflussmesser aus der Firmware für die Chargendosierung und der integrierten PID-Regelung. Durch das hygienische Design in Form eines selbstentleerenden, geraden Sensorrohrs mit entsprechender Oberflächenrauigkeit sowie die Abwesenheit von Totvolumina, ist der Ultraschall-Durchflussmesser gut für die Lebensmittelindustrie geeignet.

Die integrierte Dosiertechnik in den Ultraschall- oder Coriolis-Durchflussmessgeräten ermöglicht es, teure Flüssigkeiten wie natürliche Aromen, Duftstoffe, Farbstoffe oder Säuerungsmittel mit hoher Reproduzierbarkeit und Genauigkeit zu dosieren, um Produktionsausfälle und unerwünschte Verschwendung von Inhaltsstoffen zu vermeiden. Welche Technologie sich am besten geeignet, hängt von den jeweiligen Anforderungen ab: Die Coriolis- (0,2 % Abweichung) sind genauer als Ultraschallgeräte (1,0 %). Dafür erfüllen letztere höhere Ansprüche an hygienisches Design.

Vergleich zur gravimetrischen Methode

Bild 2 gravimetrische Methode

Bei der gravimetrischen Methode wird die Dosierung durch den Einsatz eines Absperrventils mit einer Waage erreicht. (Bild: Bronkhorst)

Die Dosierung von Lebensmittel-Additiven per Coriolis- oder Ultraschall-Durchflussmesser hat verschiedene Vorzüge im Vergleich zur gravimetrischen Methode verschiedene Vorzüge. So haben viele Unternehmen sehr variable Prozessbedingungen und setzen verschiedene Flüssigkeiten wie Additive oder Lösungsmittel ein. Da die Ultraschall- und Coriolis-technologien flüssigkeitsunabhängig sind, ist eine Neukalibrierung bei Flüssigkeitswechsel nicht erforderlich. Auch nichtleitende Flüssigkeiten wie Demi-Wasser können gemessen und/oder gesteuert werden.

Darüber hinaus amortisiert sich die Investition in die Technologien aufgrund der hohen Genauigkeit und Reproduzierbarkeit oft in kurzer Zeit. Je teurer der Inhaltsstoff, desto schneller: Denn mit der Dosier-methode lassen sich Abfall und Produktionszeit erheblich reduzieren. Dabei spielen auch die niedrigen Betriebskosten eine Rolle: Da es in den Ultraschall- und Coriolis- Durchflussmessgeräten keine beweglichen Teile gibt, sind die Wartungskosten gering. Eine werkseitige Neukali-brierung ist selten erforderlich – in der Regel genügt eine jährliche Kalibrierprüfung.

Um den Betrieb von Coriolis- und Ultraschall-Durchflussmessgeräten zu unterstützen, stehen verschiedene Softwaretools zur Verfügung. Diese sind für den Betrieb an PCs geeignet und kostenlos erhältlich. Zu den typischen Funktionen der Software gehören das Daten-Logging für die Rückverfolgbarkeit des Prozesses sowie das Drucken einer Hardcopy von Diagrammen. Darüber hinaus lassen sich die Messbereiche der Geräte sowie die Steuereinstellungen der PID-Regler nach den eigenen Präferenzen anpassen.

Heftausgabe: Pharma+Food Juli 2019

Über den Autor

Dr. Angela Puls ist Teamleiterin technischer Innendienst bei Bronkhorst Deutschland Nord
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