Schüttguttechnik Milchpulver mit hohem Fettgehalt in Silos lagern und pneumatisch fördern

Autor / Redakteur: Peggy Oatman* / M.A. Manja Wühr

Wie sich Milchpulver verarbeiten lassen, bestimmt nicht zuletzt dessen Fettgehalt. Zusammen mit Partikelgröße und Porenvolumen beeinflusst er zudem die Lager- und Fließeigenschaften des Pulvers. Das macht das Lagern von Milchpulvern mit hohem Fettgehalt in Silos und deren pneumatische Förderung zu einer kniffligen Aufgabe. Die Schüttgutexperten von System-Technik haben sich diesen Herausforderung gestellt.

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Der Vibrationsaustragsboden Typ "EVK-Hygienic" im Hygienic Design
Der Vibrationsaustragsboden Typ "EVK-Hygienic" im Hygienic Design
(Bild: System-Technik)

Milchpulver wird für die Herstellung vielfältiger Lebensmittel verwendet und zum großen Teil als Halbfabrikat verkauft. Es wird zu Schokolade und Eiscreme verarbeitet oder kommt als Zutat von Backwaren und Tütensuppen zum Einsatz. Demzufolge werden unterschiedliche Anforderungen an das Milchpulver gestellt. Für die Schokoladenindustrie ist es beispielsweise wichtig, dass es einen hohen Anteil an freiem Fett besitzt. Für Eiscreme muss das Pulver dem gegenüber eine gute Löslichkeit aufweisen. Vom Rahmpulver mit 75 % Fett bis zum Magermilchpulver sind alle Variationen möglich.

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Der Fettgehalt des Milchpulvers nimmt zudem entscheidenden Einfluss auf die späteren Verarbeitungseigenschaften und beeinflusst vor allem die Lager- und Fließeigenschaften. System-Technik hat seit über 40 Jahren Erfahrung in der Projektierung und Ausführung von automatischen Schüttgutsystemen für die Lebensmittelindustrie. Hermann J. Linder, CEO der Solids Solutions Group betont: „Vorrangig gilt es bei der Auslegung von Silo- und Förderanlagen im Bereich der Lebensmittelproduktion immer die Einhaltung der Maschinenrichtlinie 2006/42/EG inkl. Anlage 1 Absatz 2.1 Nahrungsmittelmaschinen sowie die DIN EN1672/2 Hygieneanforderungen, zu erfüllen. Weiterhin halten wir bei Solids die EHEDG-Guidelines sowie GMP- sowie FDA-Empfehlungen ein. Das gesamte System muss danach totraumfrei, restlos entleerbar und leicht reinigbar sein.“

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Einfluss des Fettgehalts

Höhere Fettgehalte führen zu einer deutlichen Abnahme der Fließfähigkeit und aus den abfallenden Temperaturen im Produkt während der Lagerung resultiert ein zusätzlicher Anstieg der Schüttgutfestigkeit, was die Fließ- und Lagerfähigkeit des Milchpulvers weiter verschlechtert. Bei sehr hohen Fettgehalten entstehen bei Lagerzeiten von wenigen Stunden bereits Schüttgutfestigkeiten in der Nähe der Verfestigungsspannung. Ein Fließen ohne Austragshilfen ist nicht mehr möglich. Höhere Temperaturen wiederum verschlechtern die Wandreibungswerte und es kommt zu ausgeprägter Adhäsionsneigung. Ein höherer Fettgehalt führt zu einer hohen Zeitverfestigung. Bereits nach wenigen Stunden Lagerzeit wären Mindestauslaufdurchmesser größer als der Silodurchmesser erforderlich. Um trotz dieser vielfältigen Abhängigkeiten die Lagerung und Förderung des Milchpulvers beherrschbar zu gestalten, erfolgte schließlich folgende Differenzierung:

  • Milchpulver mit einem Fettgehalt von kleiner 40 % bei einer Temperatur von ca. 25 °C wird in 'lagerfähig ohne Umwälzung' eingestuft (bis ca. 24 Stunden, bei Beachtung des erforderlichen Auslaufdurchmessers)
  • Milchpulver mit einem Fettgehalt zwischen 40 und 60 % wird (bei sonst gleichen Bedingungen) in 'lagerfähig nur mit Umwälzung' eingestuft

Bei der Umwälzung bzw. Umförderung des Schüttgutes wird in regelmäßigen Abständen im Massenfluss etwas Schüttgut abgezogen und abermals in das Silo eingefüllt. Die Bewegung verhindert eine zu starke Zeitverfestigung des Schüttgutes und erlaubt eine realisierbare Dimensionierung des Silos unter Einhaltung der Massenflusskriterien. Allerdings, so Linder, „ist aus Sicherheitsgründen und bei unvorhergesehenen längeren Lagerzeiten oder Temperaturschwankungen, auch bei einem Fettgehalt von unter 40 % die Umförderung von Teilmengen in regelmäßigen Abständen zu empfehlen.“

Auslegung des Silos

Das Massenflusssilo wurde nach dem Verfahren von Jenike ausgelegt und nach „Hygienic Design“-Richtlinien konstruiert. Es zeichnet sich durch ein gleichmäßiges horizontales Absinken des Füllstandes aus. Linder: „Zur Eindämmung des Temperatureinflusses sind die Außensilos als Doppelmantelkonstruktion mit Isolierung ausgeführt.“ Für die Auslegung nach Massenflussgesichtspunkten wurden die erforderliche Wandneigung des konischen Teils und dessen kleinster noch zulässiger Auslaufdurchmesser zur Vermeidung von Brückenbildung ermittelt. Alle Anschlüsse für die Förderung, abgehenden Leitungen und Armaturen sind spaltfrei konstruiert. Das Produkt im gesamten Siloquerschnitt bleibt beim Abzug in Bewegung; es treten keine toten Zonen und somit keine Produktrückstände auf.

Die gesamte Masse hat eine gleichmäßige Verweilzeit und damit eine einheitliche Alterung. Die Prämisse „first-in first-out“ bleibt dabei gewahrt. Sofern es im Rahmen des Befüllvorgangs zu einer Entmischung gekommen sein sollte, erfolgt beim Abzug über den gesamten Querschnitt eine entsprechende Rückvermischung. Anschlüsse für Armaturen sind ebenfalls totraumfrei und zentriert ausgeführt, jegliche Art von Anschlussstutzen sowie innere Ecken und Winkel wurden vermieden. Zur Unterstützung bzw. Sicherung des Massenflusses bei vertretbarem Auslaufdurchmesser sind Vibrationsaustragsböden vorgesehen. Alle produktberührten Oberflächen haben eine mittlere Rautiefe von Ra < 0,8. Der Anschluss des Vibrationsbodens an das Massenflusssilo erfolgt spaltfrei mit einer Manschette aus FDA-konformen Elastomer.

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Auslegung der Förderleitung

Zur Einhaltung der Qualitätskriterien bei der pneumatischen Förderung erfolgten im Vorfeld der Konstruktion und Auslegung zusätzlich praktische Versuche. Linder: „Dabei bestätigte sich die Annahme, dass das Produkt nicht fluidisierbar ist und kein Lufthaltevermögen hat. Aufgrund seiner Kohäsivität können bereits kurze Materialanhäufungen bzw. Pfropfen in der Förderleitung zum vollkommenen Leitungsverschluss führen.“ Eine Förderung im Dichtstromverfahren mit einer Geschwindigkeit von maximal sechs Metern pro Sekunde ist nur möglich, wenn ein druckführendes Begleitleitungssystem zum Einsatz kommt, das in entsprechenden Abständen Druckluft einspeist. Der Anschluss des pneumatischen Senders erfolgt dabei über zentrierte Verbindungsteile mit spaltfreien Manschetten.

Das Einlassventil ist ausgeführt als Scheibenventil gemäß „Hygienic Design“-Kriterien. Es ist dank geteiltem Gehäuse leicht zerlegbar, gut reinigbar und verfügt über einen spaltfreien Anschluss durch Zentrierflansche und FDA-konformer Dichtung. Der Sender selbst ist ebenfalls totraumfrei und verfügt über spaltfreie zentrierte Armaturenanschlüsse mit FDA-konformen Dichtungen. Linder: „Massenfluss bei Entleerung mit Vibrationsunterstützung und Luftschwallreinigung minimieren den Reinigungsaufwand. Für die Nassreinigung ist der pneumatische Sender mit dem gesamten Förderleitungssystem CIP-fähig und molchbar.“

Für die Förderleitung mit druckführendem Begleitleitungssystem kommt Edelstahlrohr in der Hygieneklasse H3 mit einer mittleren Rautiefe Ra < 0,8 zum Einsatz. Zentrierte Clamp-Verbindungen - stoßfrei, spaltfrei, molchbar und CIP-fähig – minimieren auch hier den Reinigungsaufwand.

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Die zur Erfüllung der Qualitätskriterien erforderliche Förderung in Pfropfenströmung wird unter Einsatz des Begleitleitungssystems mit Belüftungseinrichtungen (Relaisstationen in der Förderleitung) realisiert. Die Relaisstationen sind durch zentrierte Clamp-Verbindungen leicht zerlegbar und beinhalten einen Filtereinsatz aus Mikropore-Edelstahl. Die Abreinigung des Filtereinsatzes erfolgt automatisch mit Druckluft aus dem druckführenden Begleitleitungssystem. Das gesamte System ist CIP-fähig.

Abschließend bleibt festzuhalten, dass die hohe Kohäsivität von Milchpulver eine hohe Oberflächenqualität sämtlicher produktberührter Werkstoffe, versatzfrei zentrierte Anschlüsse, keinerlei Toträume und den rigorosen Massenfluss erfordert.

* Der Autor ist Vertrieb/Marketing Manager bei System-Technik, Landsberg.

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