Productiegerichte integriteit controleren: Aseptische proces-membraanpomp voor veldtesten voor homogenisering van veeleisende emulsies met tot 150 l/u bij 400 bar

Met het LEWA-homogenisator testinstallatiesysteem kan de aseptische werking van een homogenisator op basis van een hygiënische hermetische proces-diafragma-pomp worden getest en dankzij een eveneens hygiënisch homogenisatorventiel flexibel worden afgestemd op de eisen van verschillende emulsies. (Bron: LEWA) / Met het LEWA-homogenisator test systeem kan de aseptische werking van een homogenisator op basis van een hygiënische hermetische proces-diafragma-pomp worden getest en dankzij een eveneens hygiënisch homogenisatorventiel flexibel worden aangepast aan de eisen van verschillende emulsies. (Bron: LEWA)

Strom- und Druckbedarf zur Homogenisierung des Prozessfluids am zweistufigen, dynamisch regelbaren Homogenisierventil werden durch eine LEWA Triplex-Prozess-Membranpumpe realisiert. (Quelle: LEWA) / The flow rate and pressure required to homogenize the process fluid at the two-stage, dynamically controllable homogenization valve are realized by a LEWA triplex process diaphragm pump. (Source: LEWA)

Alle Anlagenkomponenten sind nach hygienegerechten Anforderungen ausgewählt und auf einem gemeinsamen Grundrahmen montiert, waardoor das System dank des kompakten und platzsparenden Designs besonders für Pilot- oder kleine Batchprozesse geeignet ist. (Quelle: LEWA)

Het systeem kan zowel in een circuit als continu in het klantproces worden bedreven. De vloeistoftoevoer geschiedt of via de verwarmbare container of via een aparte media-aansluiting. (Bron: LEWA)

Het systeem kan zowel in een kringloop als continu in het klantproces worden bedreven. De vloeistoftoevoer gebeurt of via de geïntegreerde verwarmbare container of via een aparte media-aansluiting. (Bron: LEWA)

Zuigelingenvoeding voor pasgeborenen bevat een speciale mix van voedingsstoffen en probeert de natuurlijke voorziening via moedermelk gedeeltelijk te vervangen. Het industriële productieproces is zeer complex vanwege de strenge eisen op het gebied van sterielheid, vaak aseptisch, en omvat de homogenisatie en de sproeitorenpomp. (Bron: Adobe Stock)

Emulsies, ook fijn verdeelde mengsels van normaal niet-mengbare vloeistoffen, belanden onder andere in de levensmiddelenindustrie als gehomogeniseerde melk op de tafels van de consumenten. Ze bestaat in wezen uit water, vet en eiwit. Aangezien de aanwezige vetdruppeltjes van nature in rauwe melk weinig gehomogeniseerd voorkomen, is het vanuit processtechnisch oogpunt belangrijk om hun grootte vooraf te verkleinen en een gelijkmatige verdeling te bereiken. Alleen zo kan het eindproduct voldoen aan de kwaliteitsnormen van de fabrikanten en de verwachtingen van de consumenten. Omdat er naast de bekende melk ook steeds veeleisendere emulsies in andere sectoren zoals zuigelingenvoeding, farmacie, cosmetica of fijnchemie worden gebruikt, die vooral de hoogste zuiverheid vereisen, heeft LEWA de testinstallatie LEWA homogenizer ontwikkeld. Hiermee kan de aseptische werkwijze van een homogenisator op basis van een hygiëneproof hermetische proces-membraampomp worden getest en dankzij een eveneens hygiëneproof homogeniserventiel flexibel worden afgestemd op de eisen van verschillende emulsies. De compacte installatie kan zowel in een gesloten kringloop ("stand-alone") als geïntegreerd in de proceslijn worden gebruikt en daardoor continu en aseptisch worden bedreven. De vloeistoftoevoer gebeurt of via een geïntegreerde verwarmbare tank of via een aparte media-aansluiting. Bezoekers van Anuga FoodTec kunnen zich ter plaatse overtuigen van de compactheid van een flexibele pilotinstallatie en de toepassingsmogelijkheden aan stand D085 in hal 4.1 en mogelijke toepassingen bespreken.

Niet te romig, niet te vloeibaar: iedereen kent de uitdaging met emulsies. Of het nu gaat om het mengen van een saladedressing of het stabiel bereiden van een béchamelsaus uit eigen keuken: de eisen van de industrie gaan veel verder dan deze keukenbereidingen. "Naast kennis van dispersietechnieken verschuiven de eisen steeds meer naar hygiëne en de robuustheid tijdens ononderbroken industriële productie. En hier komen de voordelen van hermetische homogenisator- of spuittorenpompen in beeld, om bijvoorbeeld na een hittebehandeling een stabiel en zuiver product te behouden," legt Dr.-Ing. Hans-Joachim Johl, Lead Product Manager Life Sciences/Clean Processes bij LEWA GmbH, uit. Eenvoudig gezegd is de zuiger-membraampomp het hart van het systeem, om de vloeistoffen onder hoge druk door een nauwe opening te pompen. Door de hoge shear en de daarbij optredende botsingen worden de druppels verkleind en gelijkmatig verdeeld. De gebruikte installaties bestaan naast een hogedrukpomp als drukgenerator ook uit een hydraulische verbruiker, het zogenaamde homogeniserventiel. Dit is vaak tweefasig opgebouwd om her-agglomeratie, bijvoorbeeld van vetdruppels, te voorkomen.

Om aan de hoge eisen voor een efficiënt dispersieproces te voldoen, zowel vanuit hygiènisch als processtechnisch oogpunt, hebben de Leonberger pompexperts een nieuwe huur- en testinstallatie ontwikkeld. Deze maakt gebruik van de beproefde triplex-pomptechnologie en kan dankzij de compacte bouw en flexibele regeling zeer goed worden geïntegreerd in pilot- of zelfs productiesituaties. Hiermee kunnen vooral producten met uitzonderlijke eisen, zoals vloeistoffen met hoge onopgeloste abrasieve bestanddelen (bijvoorbeeld calciumcarbonaat, tricalciumfosfaat), proefgewijs worden getest. Zelfs kleine hoeveelheden dure vloeistoffen kunnen probleemloos in "stand-alone" bedrijf worden getest.

Optimaal resultaat door samenwerking van pomp en ventiel

Het hart van de installatie is de beproefde LEWA triplex hogedrukproces-membraampomp. Deze zorgt ervoor dat het procesmedium met het vereiste volumestroom en druk door het geïntegreerde tweefasige homogeniserventiel stroomt. Dit wordt dynamisch geregeld en is in de testinstallatie ontworpen voor een maximale druk van 400 bar en een doorstroming tot 150 l/u. Daarbij biedt de zuiger-membraampomp LEWA triplex nog een belangrijk voordeel voor de homogenisering: door de constructie komt de membraanpomp zonder dynamische afdichtingssystemen uit. De PTFE-sandwichmembraan – uitgerust met lekdetectie – garandeert een hermetisch afgesloten werkruimte, zodat er geen emissie, substraten of reinigingsmiddelen kunnen ontsnappen en geen contaminatie van het product kan optreden. Naast deze werkwijze, die een aseptische procesvoering mogelijk maakt, zijn alle media-gerelateerde componenten volgens de geldende hygiënevoorschriften, zoals de EHEDG-richtlijnen "Hygiënische vormgeving van pompen, homogenisatoren en dempingseinrichtungen", ontworpen en goed inline-reinigbaar (CIP, SIP) – maar ook gemakkelijk toegankelijk voor inspectie en onderhoud.

“Het eigenlijke homogeniseringsproces profiteert van de nauwe samenwerking tussen klant-specifiek ontworpen transportsystemen en installatiecomponenten,” legt Dr. Johl uit. Eerst zorgt – wat vooral bij hogere viscositeiten belangrijk is – een hygiënische spindelpomp voor een vooraf ingestelde toevoer of voordruk op de zuigzijde van de hogedrukpomp. Vervolgens transporteert de snelheidsgeregelde hogedruk-membraampomp het medium met het vereiste volumestroom naar een vooraf ingestelde druk P2 in de tweede trap. Het ventiel blijft daarbij pneumatisch gesloten volgens de gekozen druk. Zodra de druk en de doorvoer zijn bereikt, sluit het homogeniserventiel van de eerste trap zo ver dat ook daar de vooraf ingestelde waarde geldt. Het ventiel van de tweede trap wordt nu niet meer geregeld." De verhouding tussen de drukken is meestal P2 < 1/5 x P1, maar kan vrij worden gekozen. De homogeniseringsdruk van de eerste trap, die nu leidend is, wordt gehandhaafd door een pneumatische ventielregeling van de dispersiespleet. Op deze manier blijft de homogenisering vrijwel vrij van drukschommelingen. De keuze van het type en de uitvoering van de homogeniserventielen kan bij een latere schaalvergroting voor productielijnen door de klant worden gespecificeerd. Door voldoende drukreserves kan een latere installatie ook een downstream spuitdroogstap direct voeden, wat de efficiëntie en flexibiliteit van het proces verder verhoogt.

Compacte bouw en flexibele regeling voor veelzijdig gebruik

Alle componenten zijn hygiënisch ontworpen en gemonteerd op een gemeenschappelijke onderbouw met "Wash-down-behuizing" van de pompmotor, zodat de installatie dankzij de compacte bouwruimtebesparend in de productielocatie kan worden opgesteld. Afhankelijk van of deze in een gesloten kringloop of continu wordt gebruikt, gebeurt de vloeistoftoevoer via of de geïntegreerde verwarmbare dubbelwandige tank met 60 liter inhoud, of via een aparte media-aansluiting. Daarnaast is de LEWA smart control-regeling geïntegreerd in een op het doseerframe gemonteerd schakelkast, eveneens in "Hygienic-design". Hier zijn verschillende modi en vooraf geconfigureerde bedrijfssequenties (reiniging, homogeniseren, etc.) voor eenvoudige en flexibele bediening vooraf geïnstalleerd. "De veiligheid van de installatie wordt afgerond door verschillende beschermingsmaatregelen: een automatisch doorspoelbaar veiligheidsventiel voor reiniging ter bescherming tegen overdruk aan de lage-drukzijde, een pompintegratie drukbegrenzer aan de hogedrukzijde en diverse druk- en temperatuursensoren voor procesbewaking, evenals visuele en akoestische waarschuwingssignalen," voegt Dr. Johl toe.

Van 19 tot 22 maart 2024 krijgen bezoekers van Anuga FoodTec in Keulen de gelegenheid om de LEWA homogenizer testinstallatie in actie te zien. Dr. Hans-Joachim Johl en andere LEWA-experts kijken uit naar vragen en interessante gesprekken aan stand D085 in hal 4.1.