Sprühtrocknung in der Lebensmittel- und Pharmaindustrie

Bei der Produktion von Vitamin- und Carotinoidpulvern für die Pharma- und Lebensmittelbranche kommt in der Schweizer Niederlassung der niederländischen DSM Nutritional Products AG das Verfahren der Sprühtrocknung zum Einsatz. Hierbei werden unterschiedliche Emulsionen mittels Pumpentechnik in einen Sprühturm gefördert, wo sie zu Pulver getrocknet werden. Jedoch erwies sich die bisher eingesetzte Speise- und Druckerhöhungspumpe als Unsicherheitsfaktor, da die für den Förderprozess essentielle Membran beim Anfahren anfällig für Risse war. Allgemein können solche Produktionsunterbrechungen durch sofortige Wartungs- und Reparaturarbeiten schnell behoben werden. Der Tausch einer Membran oder einer ganzen Anlage ist jedoch mit großem Aufwand in der Prozessabwicklung verbunden. Auf der Suche nach einer Alternative wurde DSM schließlich bei den Pumpenexperten von LEWA NIKKISO Switzerland fündig, die für die Sprühturmanwendung eine LEWA triplex Prozessmembranpumpe empfahlen. Das Triebwerk zeichnet sich aufgrund der Fixierung der Membran im Ruhezustand durch einen sicheren Startbetrieb aus und wird fortlaufend von einem integrierten Überwachungssystem kontrolliert. Da die hermetisch dichten Pumpen elektropoliert sowie CIP-geeignet sind, lassen sich die strengen Hygienevorschriften der Lebensmittelindustrie gut erfüllen. Die neue Prozessmembranpumpe wurde im April 2019 in Betrieb genommen.

„Pumpentechnik spielt eine zentrale Rolle bei der Trocknung von Öl-in-Wasser-Emulsionen für die Lebensmittel- und Pharmaindustrie, die zum Beispiel Vitamine, Carotinoide oder mehrfach ungesättigte Fettsäuren als Wirkstoffbestandteil enthalten“, erklärt Natalie Ibald, Betriebsleiterin Formulierungen bei der DSM Nutritional Products AG. „Als Teil der Prozesskette sind die jeweiligen Pumpen zu 100 Prozent in das geschlossene Anlagensystem integriert und für die Förderung der Gemische in den Sprühturm verantwortlich.“ Während dieses Vorgangs war bei der bisher verwendeten Anlage die Gefahr von unvorhergesehenen Unterbrechungen nicht auszuschließen. In der Folge konnten die verschiedenen Emulsionen nicht weiterverarbeitet, beziehungsweise zu Pulver getrocknet werden. Der Grund hierfür lag in der empfindlichen Membran der Pumpe, die den Belastungen beim Anfahren oftmals nicht standhielt und dadurch riss. Diese Membranwechsel verringerten die Standzeit der Anlage und gewährleisteten nicht immer den gewünschten komplikationsfreien Betrieb.

Im Rahmen der Suche nach einer zuverlässigen Alternative nahm DSM Kontakt zum Schweizer Tochterunternehmen des Pumpenherstellers LEWA auf. „Als Lieferant von robusten Anlagen mit hoher Lebensdauer im SFP-Bereich war uns LEWA NIKKISO Switzerland bereits bekannt. Um eine möglichst reibungslose Sprühtrocknung sicherzustellen, erschien uns daher eine Zusammenarbeit mit den Experten von LEWA sinnvoll, um die technischen Probleme konstruktiv zu lösen“, berichtet Ibald. DSM ist sich verpflichtet, seine Prozesse kontinuierlich zu verbessern und in Technologie zu investieren. Somit und auf Grund der Erfahrungen mit der Standzeit der vorherigen Pumpe legte DSM bei der Projektplanung besonderes Augenmerk auf eine zuverlässige Arbeitsweise sowie eine robuste Konstruktion. Zudem stellte die Erfüllung der strengen Hygienevorschriften einen wesentlichen Teil des Anforderungskatalogs dar. „Die Vorgaben in der Produktion spezifischer Lebensmittel sind bezüglich der mikrobiologischen Reinheit um ein Vielfaches strenger als bei anderen Nahrungsmitteln“, erläutert Ibald. „Daher musste die neue Speise- und Druckerhöhungspumpe auch diesen verschärften Rahmenbedingungen entsprechen und jegliche Art von Kontaminierung ausgeschlossen werden, um eine möglichst breite Produktpalette auf der Anlage herstellen zu können.“

Prozessmembranpumpe garantiert sicheren Startbetrieb

Nach Besichtigung des Firmenareals und unter Einbezug der räumlichen sowie fachlichen Parameter schlug LEWA NIKKISO Switzerland für die Sprühturmanwendung schließlich eine triplex Prozessmembranpumpe des Typs G3F vor. Diese zeichnet sich durch einen absolut sicheren Startbetrieb aus, da die integrierte Sandwichmembran im Ruhezustand von einer Feder stets in neutraler Position fixiert wird. „Die Membran ist somit vor falscher Positionierung geschützt und nimmt folglich während des Anfahrens keinen Schaden, was die Anlagenverfügbarkeit deutlich steigert“, so Pietro Pettoruto, Managing Director der LEWA NIKKISO Switzerland AG. „Außerdem wird die LEWA triplex über ein Druckbegrenzungsventil geregelt, das im Hydraulikteil verbaut ist und individuell eingestellt werden kann.“ Die Pumpe kann dadurch an verschiedene Betriebssituationen angepasst werden, um eventuelle Überlastsituationen zu verhindern. Dies sichert eine hohe Standzeit des Aggregats und einen reibungslosen Regelbetrieb der gesamten Anlage.

Neben dem Druckbegrenzungsventil und der Federsteuerung spielt auch die Konstruktion der Membran eine wichtige Rolle bei der Gewährleistung eines zuverlässigen Pumpenbetriebs. So besteht die patentierte Sandwichmembran aus zwei einzelnen, extrem langlebigen PTFE-Membranen, die im Druckhub formschlüssig und im Saughub mechanisch kraftschlüssig miteinander verbunden sind. „Die Pumpe ist dadurch hermetisch dicht, wodurch eine externe Kontaminierung effektiv verhindert wird“, erläutert Pettoruto. Als zusätzliches Sicherheitsfeature kontrolliert das LEWA-eigene Überwachungssystem DPS den Zustand der Membran zudem permanent. Etwaige Schäden an der Vorrichtung, die zu einem Druckanstieg im Membranzwischenraum führen, werden hierbei über die Kontrolleinheit unmittelbar angezeigt. „Dies ermöglicht frühzeitige Wartungs- und Instandhaltungsarbeiten, noch bevor ein Riss entsteht und das Förderfluid kontaminiert werden könnte“, erklärt Pettoruto. „Ein sofortiges Abschalten der Pumpe ist dadurch meist nicht erforderlich, sodass weder der Förderprozess noch die Sprühtrocknung wesentlich beeinträchtigt werden.“ Wird die Beschädigung einer Membran festgestellt, kann die Produktion ohne Probleme bis zu einem geplanten Wartungsstopp fortgesetzt werden. Der Komponentenwechsel kann anschließend durch die Kassettenlösung der Baugruppe schnell und einfach erfolgen.

Eingesetzte Pumpe arbeitet aseptisch und FDA-konform

Die hermetisch dichte Konstruktion der Prozessmembranpumpe sorgt jedoch nicht nur für einen zuverlässigen Dauerbetrieb, sondern ist gleichzeitig auch zentraler Bestandteil zur Erfüllung der strengen Hygiene-Richtlinien, denen die Sprühturm-Anwendung unterliegt. So arbeitet die LEWA triplex ohne dynamische Dichtungen, um einen hermetisch geschlossenen Raum zu erhalten, der absolut reine, aseptische Produktionsbedingungen garantiert. Zudem sind alle produktberührten Pumpenkopfteile elektropoliert, wodurch sich ein FDA-konformer Pumpenbetrieb sicherstellen lässt.

Da die Pumpe ohne vorherige Demontage mit unterschiedlichen alkalischen und sauren Medien CIP-gereinigt werden kann, ist es möglich, auch den speziellen Anforderungen für Babyfood gerecht zu werden. „Die Vorgaben hierfür liegen um den Faktor 1.000 höher als für den übrigen Nahrungsmittelsektor“, erläutert Pettoruto. „Dank hermetisch dichter Bauweise, Elektropolitur und CIP-Reinigung konnten wir eine Kontaminierung des Fördermediums ausschließen und somit den erforderlichen Hygiene-Standard klar erfüllen.“

„Rasche Reaktionszeiten und fundiertes Know-how“

Nach dem ersten Angebotseingang im Juni 2018 erfolgte im September des gleichen Jahres die Bestellung der triplex Prozessmembranpumpe durch die DSM Nutritional Products AG. Mittlerweile ist die Pumpe seit April 2019 in Betrieb – und ein unverzichtbarer Bestandteil der Produktion im Sissler Werk. „In allen Phasen des Projekts überzeugte LEWA NIKKISO Switzerland durch rasche Reaktionszeiten und fundiertes Know-how, was wesentlich zur erfolgreichen Abwicklung des Projekts beitrug“, berichtet Ibald. „Unsere Vorgaben hinsichtlich Qualität, Robustheit und Hygiene wurden dabei vollständig erfüllt, sodass unsere Produktion spürbar effizienter und zuverlässiger geworden ist.“