Die Schwarzwaldmilch GmbH produziert ein breites Sortiment von Milch-, Rahm-, Joghurt- und Quarkpulver. Direkt in den Herstellungsprozess integriert wachen Industriespektrometer über die Gehalte an Wasser oder Fett.
Für die Produktion jedes Vollmilch- oder Rahmpulvers ist entscheidend, dass Schwarzwaldmilch den vorgeschriebenen Fettwert und den zulässigen Feuchtigkeitswert punktgenau erreicht. Die hochwertigen Trockenprodukte sollen möglichst wirtschaftlich produziert werden.
Zur Trocknung wird die Milch zunächst durch den Vakuumverdampfer eingedickt. Zurück bleiben Milchkonzentrate, die über Düsen oder rotierende Scheiben von oben in einen der drei bis zu 15 m hohen Sprühtrocknungstürme eingespritzt werden. Heissluft wird in den Trockenturm geleitet und mit dem feinst zerstäubten Produkt vermischt. In der kurzen Zeit, in der der Tröpfchennebel zum Turmboden hinabfällt, verdunstet das Wasser der Tröpfchen unter Wärmeabgabe der sich abkühlenden Luft. Um die verbliebene Restfeuchte weiter zu reduzieren, befindet sich am Turmboden ein Fliessbetttrockner, in dem Luftströme für eine Nachtrocknung sorgen. Danach fällt das Pulver durch ein Sieb, das ständig in Bewegung ist, und gelangt über eine Schnecke in die Sackabfüllung oder Lagersilos.
Herausforderung an Verfahrenstechnik
Obwohl die Herstellung so vieler unterschiedlicher Trockenpulver aus Milch und anderen Lebensmitteln hohe Ansprüche an die Verfahrenstechnik stellt, hat Schwarzwaldmilch die Prozesse im Griff: «Der Einsatz innovativer NIR-Online-Technik ermöglicht uns, lückenlose zeitnahe Prozesskontrollen durchzuführen», erläutert Klaus Selck, Leiter derQualitätskontrolle. So hat Schwarzwaldmilch am Auslass der Sprühtrocknungstürme NIR-Online-Industriespektrometer postiert. Es handelt sich dabei um rund 30 mal 30 Zentimeter grosse, handliche Geräte, die mit einem Sichtfenster versehen sind. Fallen die Pulverkörnchen am Ende der Trocknungsprozesse durch das Sieb am Turmboden, werden sie von den Spektrometern fortlaufend mit Licht im Bereich des Nahen Infrarot (NIR) beschossen. Ein Dioden-Array-Spektrometer liest das Licht, das zurückkommt, parallel aus. Je nachdem, wie viel Feuchte, Fett und andere Substanzen die Pulverkörner enthalten, differiert die Absorption des reflektierten Lichts.
Die Messwerte werden von einer speziellen Prozesssoftware online ausgewertet und als Kurve dargestellt. Damit stehen sie dem Turmführer in der Schaltwarte auf Monitoren in Echtzeit zur Verfügung. Bei einer Abweichung von den Sollwerten kann er direkt in die Produktion eingreifen. Den Wassergehalt eines Pulvers etwa korrigiert er durch die Menge und Temperatur der zugeführten Trocknungsluft oder durch die Menge des zugeführten Konzentrats. Zur nachgeschalteten Qualitätskontrolle nutzt Schwarzwaldmilch zusätzlich ein Laborgerät.
Zeitaufwendige herkömmliche Verfahren
Die neue NIR-Online-Technik löste die herkömmliche zweistufige Laboranalytik ab. Früher nahm der Turmführer von den Sprühtrocknungsanlagen im Stundentakt Proben, die er im Schnellverfahren vor Ort testete. Zudem wurden Proben der fertigen Trockenpulver im Labor untersucht. «Diese Verfahren waren sehr aufwendig und gaben nur zeitverzögert Einblick in die Zusammensetzung der Trockenprodukte», sagt Klaus Selck. «So konnten wir erst spät auf Abweichungen in den Sollwerten reagieren und die Produktionsbedingungen korrigieren.» Mit NIR-Online liegen die Messergebnisse nun zu jeder Sekunde in Echtzeit vor. Dadurch kann der Zeitrahmen möglicher Fehlproduktionen genau eingegrenzt und die Auslieferung der betroffenen Chargen verhindert werden.
Bei der Installation wurden die Systeme mittels nasschemischer Untersuchungen kalibriert. Sie überwachen die Trocknung von Molkereiprodukten und Hefeextrakten in den beiden grösseren Sprühtürmen von Schwarzwaldmilch, die eine Wasserverdampfung von insgesamt 3000 Kilogramm pro Stunde haben und in dieser Zeit bis zu 3 Tonnen Trockenpulver produzieren. Schwarzwaldmilch kontrolliert mit NIR-Online heute rund 80 Prozent der jährlichen Produktion.
Wesentlich konstantere Produktion
«Durch die zeitnahen kontinuierlichen Prozesskontrollen verzeichnen wir eine konstantere Produktion», betont Klaus Selck. «NIR-Online liefert zuverlässige Informationen in wesentlich kürzerer Zeit und zu geringeren Kosten.» So bietet die neue Technik die Möglichkeit, die gewünschten Spezifikationswerte der Trockenpulver exakt zu erreichen und eine maximale Leistung ihrer Sprühtrocknungstürme zu erzielen: «Je näher wir den Feuchtigkeitsgehalt am zulässigen Grenzwert fahren, desto wirtschaftlicher können wir produzieren», bringt Klaus Selck das Zusammenspiel von Qualität und Ökonomie auf den Punkt. pd/mig