CITplus Das Praxismagazin für Verfahrens- und Chemieingenieure Wie die Rohstoffe in die Tube kommen Ausgeklügelte Anlagenkonzepte für die Zahnpasta-Produktion Zahnpasta enthält erstaunlich viele Bestandteile wie Putzkörper, Schaumbildner, Netz- und Feuchthaltemittel, Geschmacks- und Aromastoffe, Konservierungsmittel und Farb- und Zusatzstoffe sowie Wirkstoffe zur zahnmedizinischen Prophylaxe gegen Parodontitis und Karies. Doch wie kommen alle diese Inhaltsstoffe in die Tube? Azo zeigt, wie’s geht und stellt zwei Lösungen zur Herstellung von Zahnpasta in unterschiedlichen Mengen und von unterschiedlicher Komplexität vor. Mechan Verfahre ische nstechn ik KONTAKT: AZO GmbH + Co. KG, Osterburken Tel.: 06291/92-0 · Fax 06291/929 500 [email protected] · www.azo.de Alois Billigen Bereichsleiter Marketing/Dokumentation Tel.: 06291/92-207 [email protected] Mechanische Verfahren | Schüttguttechnik | Logistik Wie die Rohstoffe in die Tube kommen Ausgeklügelte Anlagenkonzepte für die Zahnpasta-Produktion Zahnpasta enthält erstaunlich viele Bestandteile wie Putzkörper, Schaumbildner, Netz- und Feuchthaltemittel, Geschmacks- und Aromastoffe, Konservierungsmittel und Farb- und Zusatzstoffe sowie Wirkstoffe zur zahnmedizinischen Prophylaxe gegen Parodontitis und Karies. Doch wie kommen alle diese Inhaltsstoffe in die Tube? Azo zeigt, wie’s geht und stellt zwei Lösungen zur Herstellung von Zahnpasta in unterschiedlichen Mengen und von unterschiedlicher Komplexität vor. 82 | 6 · 2015 Mit der 2008 gegründeten Schwesterfirma Azo Liquids ist die Azo-Gruppe in der Lage, komplette Anlagen inklusive Steuerungstechnik zu liefern. Das Herzstück ist die Vakuum-Prozessanlage der Bauart Zoatec zum homogenen Mischen von Pasten. Die Aufgabe im Überblick: ▪▪ Vorlage von Flüssigkeiten in Großmengen, wir Sorbitol und destilliertes Wasser ▪▪ Zugabe der exakt gewogenen Additive, wie z. B. Saccharin, Fluoride etc. ▪▪ Hinzufügen von CMC-Bindemitteln ▪▪ Rühren dieser Komponenten im Vakuummischer ▪▪ Beimischen der Großmengen wie Füller bzw. Putzkörper, entweder Silika oder Kreide ▪▪ Zuführen flüssiger Aromen ▪▪ Start des Rührprozesses ▪▪ Zugabe von Seife. Wichtig hierbei: Die Entstehung von Schaum muss vermieden werden. Dazu wird der Vakuummischprozess ständig entlüftet. Zudem darf es nicht zu einem Kochen der Flüssigkeit kommen. Die besonderen Herausforderungen bei beiden Projekten: hohe Flexibilität, dokumentierte und nachvollziehbare Qualität, große Bedienerfreundlichkeit sowie hohe Prozesssicherheit und Transparenz in allen Prozessstufen. Lösung 1: Automatische Zuführsysteme zur Beschickung einer Vakuum-Prozess-Anlage Zum Fördern und Wiegen der verschiedenen benötigten Silikasorten steht eine Förderwaage mit 9.000 L Fassung zur Verfügung, die eine vollautomatische Rezepturzusammenstellung ermöglicht. Diese Förderwaage ist mit einem groß dimensionierten Spülluftfilter, einer elek- Mechanische Verfahren | Schüttguttechnik | Logistik Big-Bag Entleerstation und Einfülltrichter für die Aufgabe von Big-Bags und Sackware. tromechanischen Wiegeeinheit und einer gut zugänglichen Wartungsluke ausgestattet. Ein Vibrationsboden und zusätzliche Luftunterstützung sorgen für eine sichere Austragung des Produkts. Den verschiedenen Rezepturen entsprechend werden sowohl die Silika-Großmengen als auch die Mittel- und Kleinmengen über die Ventilweiche in die große Förderwaage eingesaugt. Dabei wird mit Unterdruckerzeugern ein Vakuum in der Förderwaage erzeugt. Dieses überträgt sich über die Förderleitung zu den einzelnen Produktaufgabestellen, wie z. B. Silos, Big-Bag Entleerstationen oder Einfülltrichter. Dort wird das Produkt über Schleusen sicher und gleichmäßig in die Förderleitung eingeschleust. Durch eine Grob-/Feindosierung in Verbindung mit der Ventilweiche werden in der Waage selbst bei großen Durchsatzmengen sehr hohe Genauigkeiten erzielt. Nachdem alle Komponenten in der richtigen Menge in der Förderwaage bereit stehen, werden sie prozessoptimiert unterflur in den Vakuummischer eingesaugt und gleichmäßig mit den Flüssigkeiten homogenisiert. Zum Abruf der einzelnen Rezepturen steht ein Bedienterminal mit einer Prozess-Visualisierung zur Verfügung. Dort kann der Bediener per Touchscreen die jeweiligen Rezepturen Förderwaage mit Ventilweiche für hohe Wiegegenauigkeiten auch bei großen Durchsatzmengen. auswählen und zur Produktion abrufen. Über eine Produktionsbilanz und eine Silobilanz ist jederzeit zu erkennen, wie viel produziert wurde und welche Mengen an Rohstoffen noch vorrätig sind. Dadurch ist eine optimale Produktionsplanung und -disposition möglich, die sich durch Transparenz und Bedienerfreundlichkeit auszeichnet. Lösung 2: Prozessoptimierte Beschickung von Mischlinien Bereits im Projektstadium strebte das Projektteam eine optimale, auf die Mischprozesse maßgeschneiderte automatische Zuführung aller Komponenten in trockener und flüssiger Form an. Die Silos für die pulverförmigen Großkomponenten werden über Einfülltrichter mit Kontrollsiebmaschine bei Bedarf beidseitig beschickt. Im Bereich der Additive und Zuschlagstoffe steht eine Reihe von Einfülltrichtern zur Verfügung, die in eine fahrbare, lineare Azo Componenter-Waage dosieren, in der die Additive automatisch grammgenau gewogen werden. Die Flüssigkomponenten, wie Aromastoffe, Farben und medizinische Wirkstoffe, werden ebenfalls exakt gewogen, um einen kompletten Rezeptur-Zusammensetzungsnachweis zu erhalten und eine hohe, kontinuierliche Produktqualität zu gewährleisten. Sowohl die pulverförmigen Großmengen als auch die mittleren Komponenten und die Flüssigkeiten werden den Vakuummischern unterflur zugeführt. Die in den Vakuummischern hergestellte Zahnpasta wird in fahrbare Container abgefüllt. Diese dockt man dann an die Abfüllanlagen an, wo die Zahnpasta-Tuben automatisch befüllt und verpackt werden. Besonders beeindruckend sind die so genannten „Schaufenster“, durch die alle Anlagenbereiche jederzeit im Blick der Produktionsmitarbeiter sind. Ein besonderes Highlight ist auch der Prozessleitstand, an dem die Bediener den gesamten automatischen Prozess permanent überwachen. Beamer projizieren die Farbgrafiken, Rezepturlisten etc. an die Wand. So lässt sich, für jeden einsehbar, die aktuelle Produktion beobachten. Vollautomatischer Zugriff Bei den in großen Mengen am Mischprozess beteiligten Flüssigkeiten handelt es sich z. B. um destilliertes Wasser und Sorbitole. Sie sind die ersten Komponenten, die in den Vakuummischer eingesaugt werden. In großen Tanks gelagert, führt man sie über Additivwiegesysteme in Form von Flüssigkeitswaagen dem Mischprozess unterflur zu. Kreide, ein Hauptbestandteil von Zahnpasta, wird über Einfülltrichterstationen, die beidseitig 6 · 2015 | 83 Mechanische Verfahren | Schüttguttechnik | Logistik Zwei Reihen mit Einfülltrichtern über dem Componenter. beschickt werden können, nach einer Kontrollsiebung durch Wirbelstrom-Siebmaschinen in Innensilos eingefüllt. Danach stehen diese Großmengen dem Abholprozess durch Saugwiegesysteme zur Verfügung. Da es um die Beschickung mehrerer Linien geht, erfolgt die Verteilung über Dosierschnecken. Zur sicheren Austragung kommen Vibrationsbodensysteme zum Einsatz. Die zweite Form der Großmengen sind Silika. Die Innensilos für diesen Rezepturbestandteil werden ebenfalls über beidseitig beschickbare Einfülltrichter befüllt. Auch hier tragen sichere Vibrationsbodensysteme dazu bei, dass das Prinzip „First In, First Out“ eingehalten wird. Alle ausgetragenen Rohstoffe werden über Siebmaschinen im Förderstrom geführt bevor sie zur Förderwaage gelangen. Kleine Mengen – große Wirkung Die in Säcken angelieferten Additive werden im linearen Azo Componenter über Einfülltrichter aufgegeben und vorgelagert. Entsprechend der Rezeptur sammelt eine fahrbare Waage die speziellen, an der Rezeptur beteiligten Additive grammgenau gewogen ein und übergibt diese an ein Auffanggefäß. Von hier aus werden die einzelnen Komponenten pneumatisch auf Zwischenbehälter gefördert, die als Kontrollwaagen ausgebildet sind. Optimal auf den Mischprozess abgestimmt werden diese Additive dann den schon im Mischer befindlichen Flüssigkeiten unterflur zugeführt. Im sensiblen Bereich der Aromen wurde auf eine volumetrische Zuführung verzichtet, da dieses Verfahren für die speziellen Anforderungen des Kunden nicht genau genug ist. Alle Flüssigkeiten (Geschmacksstoffe) werden mit Hilfe von Negativwiegesystemen exakt gewo- 84 | 6 · 2015 Der Azo Componenter dosiert und wiegt grammgenaue und vollautomatisch Additive und Zuschlagstoffe. gen und dem Mischprozess grammgenau unterflur zugeführt. Produktqualität hat Priorität Während die großen Flüssigkomponenten über Additivwiegesysteme in Form von Flüssigkeitswaagen in die Vakuummischer gesaugt werden, werden die bereits durch den Componenter grammgenau gewogenen pulverförmigen Kleinkomponenten pneumatisch auf Zwischenbehälter gefördert, die als Kontrollwaagen fungieren. Optimal auf den Mischprozess abgestimmt werden sie dann den schon im Vakuummischer befindlichen Flüssigkomponenten unterflur zugeführt. Die pulverförmigen Großkomponenten werden entsprechend der Rezeptur durch kompakte Saugwiegesysteme von den Innensilos in Förderwaagen gesaugt. Dort werden sie exakt gewogen und dann ebenfalls unterflur den Vakuummischern zugeführt. Da es sich hier um große Mengen handelt, erfolgt die Zuführung zum Vakuummischprozess jeweils in Teilmengen, um eine optimale Untermischung mit den anderen Komponenten sicherzustellen. Durch ein flexibles Containersystem, das die produzierte Zahnpasta aufnimmt, ist der Hersteller äußerst flexibel und kann nach einer gewissen Reifezeit der fertigen Zahnpasta jeweils mit einem Höchstmaß an Flexibilität an die Tubenabfüllanlagen andocken. Bei der Tubenabfüllung spielen Bedienungssicherheit und eine unterbrechungsfreie Zuführung eine wesentliche Rolle. Der Automatisierungsgrad ist hoch. Die Zahnpasta steht in den Containern in konstant hoher Qualität zur Verfügung und muss nur noch den jeweiligen Abfüllanlagen zugeführt werden. Transparent und zukunftssicher In der Anlage gehen Zuführprozess, Mischprozess und Prozess-IT eine beispielhafte Synthese ein, umgesetzt von Azo Controls. Das Bedienpersonal wurde bereits sehr früh in die Planungsphase eingebunden und kam schon nach kurzer Einarbeitungszeit sehr gut mit der Anlage zurecht. Die Kommunikation zwischen dem zentralen Prozessleit- und Visualisierungssystem und den Bedienterminals vor Ort gewährleistet, dass es nicht zu Bedienfehlern kommt und sich eine sichere und protokollierte Produktion problemlos nachvollziehen lässt. Fazit Nach nunmehr längerer Laufzeit unter Praxisbedingungen haben sich die beiden Anlagenkonzepte bestens bewährt und sorgen für die notwendige Prozesssicherheit, Sauberkeit und Hygiene in der Produktion. Zudem sichern sie dem Kunden dokumentierte, nachvollziehbare Qualität auf hohem Niveau. Der Autor Walter Sonntag, Freier Mitarbeiter Achema Halle 6.0 Stand C50 Kontakt AZO GmbH + Co. KG, Osterburken Tel.: 06291/92-0 · Fax 06291/929 500 [email protected] · www.azo.de Alois Billigen Bereichsleiter Marketing/Dokumentation Tel.: 06291/92-207 [email protected]
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