Hygienic Design am Beispiel eines Mischers von Amixon für Babynahrung (Teil 1)

Für industriell hergestellte Babynahrung aus Trockenmilchderivaten besteht ein großer Absatzmarkt. Besonders für Qualitätsprodukte, die in Europa hergestellt werden, ist die Nachfrage auch in Asien sehr hoch. Produzenten von Babynahrung tragen große Verantwortung. Babynahrung muss gesund und zu einhundert Prozent rein sein. Diese hohen Qualitätsansprüche werden nur erfüllt, wenn die Rohstoffkomponenten in prozesssicheren Systemen aufbereitet werden.

Der Prozessschritt Mischen ist qualitätsbestimmend weil hier Kleinstkomponenten wie Probiotika oder Präbiotika, Mineralstoffe und Spurenelemente wie Zink, Kupfer, Selen oder Chrom genau einzumischen sind bevor die Ware verpackt wird. Dieser Prozessstufe kommt auch deshalb hohe Bedeutung zu, weil sie mit minimaler Energieeintragung stattfinden soll um die Partikelstruktur der Rohstoffe zu erhalten. Denn die Babynahrung soll staubfrei, schnell dispergierbar, zuverlässig benetzbar, schnell löslich und homogen sein. Insofern sind es die „Instanteigenschaften“ und die ernährungsphysiologische Zusammensetzung, die die Güte bestimmen.

Eine moderne Abfüll- und Verpackungsmaschine kann Volumenströme von 20 m³ pro Stunde verarbeiten, das sind ungefähr 10 t/h. Das erfordert entsprechende Logistikkonzepte für die Bereitstellung der Einzelkomponenten, deren Dosierung und der geeigneten Mischtechnologie. Einerseits werden Präzisionsmischer mit 10 m³ Chargenvolumen und mehr eingesetzt, um mehrere Abfülllinien zeitgleich zu speisen. Andererseits werden kleinere Mischer mit ungefähr 1 bis 2 m³ Chargenvolumen verwendet, wenn sie einer einzigen Abfülllinie zugeordnet sind und nach dem End-of- Line-Konzept fungieren.

Unisono lauten die Basisanforderungen an die Mischanlage: Ideale Mischgüte innerhalb kurzer Verweilzeiten, besonders schonende Behandlung der Güter zum Erhalt der Partikelstruktur, bestmögliche Staubfreiheit, gute Sinkbarkeit und schnelle Löslichkeit, sowie schnelle und restlose Entleerung. Exzellente Hygiene und eine revisionsfreundliche Bauweise, um gründliche Trockenreinigungsmaßnahmen in ergonomischer Form durchführen zu können, sind genauso wichtig, wie eine automatische Reinigung – wo immer notwendig.

Eine Lösung stellt der in Abb. 1 gezeigte Doppelwellenmischer dar, da er eine besonders schonende Arbeitsweise und exzellente Mischgüten bietet.

Das Mischgefäß besteht aus zwei ineinander verschobenen Zylindern. In deren Zentrum rotieren zwei Helix-Mischwerkzeuge gleichsinnig. Die Wendeln sind in der Sinconvex Bauart gefertigt und weisen in etwa eine Steigung von 30° auf. Die Schraubenbandbreite ist so bemessen, dass mit einer Mischwerkumdrehung fast ein Viertel vom gesamten Mischrauminhalt gefördert wird. Die Schraubenbänder erfassen die Mischgüter in der Peripherie des Mischraumes und fördern sie aufwärts. Von oben fließen die Mischgüter in den beiden Zentren des Gefäßes abwärts. Der Mischeffekt erfolgt dreidimensional innerhalb der Grenzbereiche zwischen den zwei Makroströmungen. Vereinfacht beschrieben: Die Aufwärtsschraubung der Mischgüter erfolgt zwangsweise durch die Schraubenband- Mischwerkzeuge, die Abwärtsströmung erfolgt durch die Schwerkrafteinwirkung. Im Grenzbereich dazwischen findet der Platzwechsel innerhalb des Partikelsystems statt.

Aufgrund der totraumfreien Verströmung werden so nach ungefähr 20 bis 90 Mischwerkumdrehungen technisch ideale Mischgüten erzielt, die nicht mehr verbesserbar sind. Der Mischvorgang ist besonders schonend und energieeffizient. Die Umfangsgeschwindigkeit des Mischwerkzeuges ist in der Regel zwischen 0,5 m/s bis 3 m/s regelbar.

Bauartbedingt sind ideale Mischgüten bereits bei ca. zehn- bis fünfzehnprozentigem Füllgrad erzielbar, da der Verströmungseffekt unabhängig vom Füllgrad gleichermaßen stattfindet. Ein Mischer des Typs HM 10 000 kann somit bereits 1.000 bis 1.300 Liter Ansätze ebenso gut mischen wie 10.000 Liter-Ansätze.

Die Beschickung des Mischers mit Komponenten erfolgt durch einen oder mehrere obenliegende Stutzen nacheinander oder zeitgleich. Dabei kann das Mischwerk stillstehen – für den Fall, dass der Mischer auf Wägezellen befindlich als Dosierwaage fungiert – oder rotieren, falls eine Charge nach der anderen schnell und unterbrechungsfrei zu vermischen ist. Nach erfolgtem Mischprozess (ca. 1 bis 4 Minuten) öffnet eine totraumfreie Bodenarmatur und das Mischgut strömt durch einen Austragstutzen aus. Dieser Austragsvorgang ist entmischungsfrei. Im Falle großer Volumen sind zwei wichtige Vorteile zu benennen:

1. Pro Charge muss lediglich eine Probe analysiert und zurückgestellt werden.

2. Der Mischer kann mehrere Abfüllanlagen beschicken.

Abfüllung und Produktion erfolgen entkoppelt, so kann der Mischer bereits gereinigt werden, während die Abfüllanlagen noch arbeiten. Auf Wunsch ist der Mischraum vakuum - und druckfest gefertigt. So liegt ein Vakuum an, wenn das Mischgut per Saugpneumatik eingesogen wird. In besonderen Fällen wird der Mischraum vor der Beschickung vom Luftsauerstoff befreit, indem ein Vakuum von ca. 50 mbar Absolutdruck angelegt wird. Der Mischraum wird sodann mit Stickstoffgas geflutet. Dann erfolgt der Mischguteintrag. Während des Mischens und Austragens wird ein sanfter Stickstoffüberdruck von 50 bis 100 mbar im Mischraum aufrechterhalten, um Luftsauerstoff vom Mischgut fern zu halten. In anderen Fällen erfolgt die Beschickung des Mischraumes per Druckpneumatik. Auch während des Überdruckbetriebes verbleibt der Mischraum gas- und staubdicht. Insofern kommt den Konstruktionselementen Wellenabdichtung, Bodenverschlussarmatur und Inspektionstür besondere Bedeutung zu.

Inspektion und Reinigung: Absolute Allergenfreiheit kann in einer Schüttgut verarbeitenden Vielzweckanlage nur durch eine gründliche Feucht- oder Nassreinigung sichergestellt werden. Seitens Amixon kann die Nassreinigung und Trocknung automatisch mit dem System Waterdragon bewerkstelligt werden. Mehrere dieser Vorrichtungen sind fest am Mischraum montiert und verbleiben dort dauerhaft. Für die Nassreinigung öffnet sich der Verschlussstopfen in den Mischraum und gibt den Raum zur Bewegung einer Rotationswaschlanze frei. Diese bewegt sich translatorisch in den Mischraum hinein. Bei einem Wasserdruck von ca. 3,5 bar rotiert der Kopf und drei Düsen bestrahlen den gesamten Mischraum. Je nach Größe und Ausführung des Amixon Mischers sind 3, 4 und zuweilen auch 5 Waschköpfe nötig, um den gesamten Mischraum und die Mischwerkzeuge zu reinigen. Anschließend findet die Trocknung durch Warmlufteintrag statt. Im Falle der manuellen Trockenreinigung bieten große Inspektionstüren einen guten Zugang für das Reinigungspersonal. Zur Verfahrenserprobung bietet der Apparatebauer mehr als 30 Testmischer in Paderborn, USA, Japan, China, Thailand und Indien an. Als Einzelfertiger setzt Amixon die Kundenwünsche am einzigen Fertigungsstandort Paderborn mit 130 Mitarbeitern und einer hohen Fertigungstiefe um.