Kontrolle in Echtzeit

Industriespektrometer überwacht Herstellprozesse

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26.03.2009 Das Produktspektrum der Schwarzwaldmilch ist breit gefächert und umfasst eine Reihe von Milch-, Sahne-, Joghurt- und Quarkpulvern, daneben verschiedene milchfremde Werklohnprodukte. Direkt in die Herstellungsprozesse in den Sprühtürmen integriert, wachen Industriespektrometer der NIR-Online GmbH in Echtzeit über die Einhaltung des jeweils erforderlichen Gehalts an Wasser, Fett und weiteren Inhaltsstoffen.

Schwarzwaldmilch produziert nicht nur Milchprodukte, sondern trocknet auch im Werklohnverfahren für Lebensmittel- und Pharmaunternehmen verschiedene Stoffe: von pharmazeutischen Hilfsstoffen bis hin zu Hefeextrakten, die etwa als Geschmacksverstärker in Flüssigwürze dienen.

Für die Produktion jedes einzelnen Vollmilch- oder Sahnepulvers ist entscheidend, dass die Schwarzwaldmilch den Fettwert, wie vorgeschrieben, und den zulässigen Feuchtigkeitswert punktgenau erreicht: Ziel ist es, die hochwertigen Trockenprodukte möglichst wirtschaftlich zu produzieren. Um den erforderlichen Fettgehalt zu erzielen, wird die von den Landwirten angelieferte Milch zunächst in Magermilch- und Rahmanteile separiert und pasteurisiert; je nach Endprodukt gilt es, bestimmte Mengen wieder zu vermischen. Dann erfolgt die Trocknung der Milch, zunächst durch Eindicken mittels Vakuumverdampfer.
Zurück bleiben Milchkonzentrate, die über Düsen oder rotierende Scheiben von oben in einen der drei bis zu 20Meter hohen Sprühtrocknungstürme der Schwarzwaldmilch eingespritzt werden. Heißluft wird in den Trockenturm eingeleitet und mit dem feinst zerstäubten Produkt vermischt. In der kurzen Zeit, in denen der Tröpfchennebel zum Turmboden hinabfällt, verdunstet das Wasser der Tröpfchen unter Wärmeabgabe der abkühlenden Luft. Um die verbliebene Restfeuchte weiter zu reduzieren, befindet sich am Turmboden ein Fließbetttrockner, in dem weitere Luftströme für eine Nachtrocknung sorgen. Danach fällt das Pulver durch ein Sieb und gelangt über eine Schnecke direkt in die Sackabfüllung oder Lagersilos.

Lückenlose Prozesskontrolle ohne manuelle Proben

Obwohl die Herstellung so vieler unterschiedlicher Trockenpulver aus Milch und anderen Lebensmitteln verfahrenstechnisch hohe Ansprüche stellt, hat der Betreiber seine Prozesse fest im Griff. „Wir haben Industriespektrometer der NIR-Online GmbH im Einsatz, die uns lückenlose zeitnahe Prozesskontrollen ermöglichen“, sagt Klaus Selck, Leiter der Qualitätskontrolle. Dabei handelt es sich um kompakte, handliche Geräte, die mit einem Sichtfenster versehen sind. Wenn die Pulverkörnchen am Ende der Trocknungsprozesse durch das Sieb am Turmboden fallen, werden sie von den NIR-Online-Systemen fortlaufend mit Licht im Bereich des Nahen Infrarot (NIR) beschossen. Ein Dioden Array-Spektrometer liest das Licht, das zurückkommt, parallel aus. Dabei differiert die Absorption des reflektierten Lichts je nachdem, wie viel Feuchtigkeit, Fett und andere Substanzen die Pulverkörner enthalten.

Die Messwerte werden von der zugehörigen Prozesssoftware SX-Center online ausgewertet und als Kurve dargestellt. Sie stehen dem Turmführer in der Schaltwarte auf Monitoren in Echtzeit zur Verfügung. Weichen die Sollwerte ab, kann er direkt in die Produktion eingreifen und Fehlentwicklungen entgegensteuern. Den Wassergehalt eines Pulvers beispielsweise korrigiert er durch die Menge und Temperatur der zugeführten Trocknungsluft oder durch die Menge des zugeführten Konzentrates.
Der Betreiber hat die beiden NIR-Online-Stationen in den Sprühtürmen mit einem NIR-Online-Laborgerät zur nachgeschalteten Qualitätskontrolle kombiniert. Die Systeme lösten die herkömmliche zweistufige Laboranalytik ab. Früher nahm der Turmführer von den Sprühtrocknungsanlagen stündlich Proben, die in einem Schnellverfahren noch vor Ort getestet wurden. Darüber hinaus wurden Proben der fertigen Trockenpulver im Labor untersucht. „Diese Verfahren waren sehr aufwendig und gaben nur zeitverzögert Einblick in die Zusammensetzung der Trockenprodukte“, nennt Klaus Selck als entscheidenden Nachteil. „Daher konnten wir erst spät auf Abweichungen in den Sollwerten reagieren und die Produktionsbedingungen entsprechend korrigieren.“

Korrekturen ohne Zeitverzug

Mit dem Einsatz der Industriespektrometer liegen die Messergebnisse nun zu jeder Sekunde in Echtzeit vor. Bei der Installation wurden die Systeme mittels nasschemischer Untersuchungen kalibriert. Sie überwachen die Trocknung von Molkereiprodukten und Hefeextrakten in den beiden größeren Sprühtürmen, die eine Wasserverdampfung von insgesamt 3000Kilogramm pro Stunde haben und in dieser Zeit bis zu dreiTonnen Trockenpulver produzieren.

„Durch die zeitnahen lückenlosen Prozesskontrollen verzeichnen wir eine konstantere Produktion“, betont Klaus Selck. „Die NIR-Online-Systeme liefern exakte Informationen in wesentlich kürzerer Zeit und zu geringeren Kosten.“ Aufwendige Laboruntersuchungen werden durch die Kontrollen des Turmführers ersetzt, der sich ohne großen Aufwand in die einfach zu bedienenden Systeme eingearbeitet hat. Er erkennt an den Messkurven sofort Abweichungen, aber auch im Nachhinein Produktionsstörungen. Damit kann der Zeitrahmen möglicher Fehlproduktionen genau eingegrenzt und die Auslieferung der betroffenen Chargen verhindert werden. Darüber hinaus gibt das Analysensystem dem Betreiber umfassende Dokumentationsmöglichkeiten gegenüber dessen Kunden an die Hand.

Löwenanteil der jährlichenProduktion

Das Offenburger Unternehmen kontrolliert mit der Online-Analytik rund 80Prozent seiner jährlichen Produktion; ausgenommen sind nur die pharmazeutischen Hilfsstoffe und Enzyme. Die Messungen laufen zuverlässiger, schneller und kostengünstiger als mit herkömmlichen Labormethoden. Sie ermöglichen es, den erforderlichen Fettgehalt der Trockenpulver exakt zu erreichen und eine maximale Leistung der Sprühtrocknungstürme zu erzielen: „Je näher wir den Feuchtigkeitsgehalt am zulässigen Grenzwert fahren, desto wirtschaftlicher können wir produzieren“, beschreibt Klaus Selck die optimale Synthese von Qualität und Ökonomie.

Heftausgabe: April 2009

Über den Autor

Sibylle Hofmeyer , Fachjournalistin
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