Welche Prozesssensorik (Drehmoment, Temperatur, Feuchte) ist sinnvoll, um Granulationsendpunkte im Durchflussmischer zu erkennen?
Die Erkennung des Granulationsendpunkts im Durchflussmischer gelingt am zuverlässigsten mit einer Kombination aus Drehmoment-, Temperatur- und Feuchtesensorik. Jede Größe beschreibt einen anderen Aspekt des Prozesszustands und sollte nicht isoliert betrachtet werden.
Drehmoment / Leistungsaufnahme
Die Messung des Wellendrehmoments oder der Antriebsleistung ist der wichtigste direkte Indikator für den Granulationsfortschritt. Mit zunehmender Bindeflüssigkeit und Kornwachstum steigen Kohäsion, Viskosität und Fließwiderstand des Feuchtguts. Das übertragene Drehmoment nimmt zu und bildet eine charakteristische Kurve. Ein Plateau oder ein definierter Schwellenwert dieser Kurve markiert in der Praxis häufig den optimalen Granulationszustand. Der Übergang von Benetzung zu Wachstums- und Verdichtungsphase zeigt sich in einem deutlichen Drehmomentanstieg und anschließender Stabilisierung. Die Messung kann über Drehmomentmesswellen, Dehnungsmessstreifen oder indirekt über Motorstrom und Leistungsaufnahme erfolgen und eignet sich für Trendanalysen und statistische Prozesskontrolle. In kontinuierlichen Granulationsprozessen ist die Interpretation komplexer als im Batchbetrieb, weil stationäre Betriebszustände und Materialflüsse bewertet werden müssen; hier kommen Trendanalysen und Soft-Sensor-Modelle zum Einsatz.
Temperatur
Die Produkttemperatur beschreibt die thermische und energetische Situation im Mischraum. Reibung und Scherkräfte im verdichteten Granulatbett erzeugen Reibungswärme, Benetzung und Verdampfungsvorgänge beeinflussen zusätzlich den Temperaturverlauf. Ein Temperaturanstieg korreliert häufig mit erhöhter mechanischer Belastung und Verdichtung; Temperaturabfälle können auf stärkere Verdampfung oder Überfeuchtung hinweisen. Gemessen wird typischerweise mit Widerstandsthermometern im Produktkontakt oder berührungslos per IR-Sensoren am Auslauf oder an Sichtfenstern. Die Temperatur liefert frühe Hinweise auf Übergranulation, Überfeuchtung oder thermische Überlastung und ist bei thermolabilen Wirkstoffen wichtig zur Vermeidung von Degradation. Als Endpunktindikator wird sie in der Regel ergänzend zu Drehmoment und Feuchte genutzt, nicht als alleinige Zielgröße.
Feuchte
Die Inline-Erfassung des Wassergehalts sichert den stofflichen Zustand ab. Feuchte steuert Kapillar- und Adhäsionskräfte, den Benetzungsgrad, die Kornvergrößerung und die mechanische Stabilität der Granulate und ist entscheidend für nachgelagerte Schritte wie Trocknung, Tablettierung und Lagerfähigkeit. Typische Verfahren sind Nahinfrarot-Spektroskopie als schnelles, berührungsloses Inline-Verfahren mit Echtzeitregelpotenzial, das eine chemometrische Kalibrierung benötigt, sowie Mikrowellen-Resonanzsensorik für volumetrische Feuchtemessung mit geringer Empfindlichkeit gegenüber Verschmutzung. Kapazitive Sensoren sind kostengünstig und einfach integrierbar, aber stärker matrixabhängig und oft weniger präzise. Die Feuchtesensorik ermöglicht die Definition eines Zielbereichs, in dem die gewünschte Granulatstruktur und Fließeigenschaft erreicht wird, und dient als Referenzsignal zur Validierung der mechanischen und thermischen Messgrößen sowie zur Regelung der Binderzugabe.
Sinnvolle Kombination und Erweiterungen
Keine der genannten Messgrößen ist allein ausreichend, um den Granulationsendpunkt im Durchflussmischer robust zu erkennen. In der Praxis wird eine multivariate Sensorfusion verfolgt: Drehmoment bzw. Leistung beschreibt den mechanischen Zustand, Temperatur den thermischen und energetischen Zustand, Feuchte den stofflichen Zustand. In modernen PAT-Konzepten werden diese Signale in multivariaten Modellen zusammengeführt, um Endpunkte reproduzierbar zu erkennen, geschlossene Regelstrategien aufzubauen, Rohstoffschwankungen auszugleichen und Ausschuss zu reduzieren. Optional können akustische Emissionsmessung oder optische Verfahren zur Partikelgrößenanalyse integriert werden, um die Granulatmorphologie direkt mit den Prozesssignalen zu verknüpfen.
So stattet amixon® den RMG-Durchlaufmischer mit Prozesssensorik aus
Sensorik als Zulieferleistung – Integration als amixon® Kompetenz
amixon® entwickelt und fertigt keine eigenen Sensoren. Die Apparate können jedoch mit einer Vielzahl geeigneter Messsysteme zur Prozessüberwachung, zur Automatisierung sowie zur Sicherstellung von Arbeits- und Produktsicherheit ausgestattet werden. Welche Messprinzipien, Sensorbauarten und Fabrikate zum Einsatz kommen, wird stets anwendungsbezogen festgelegt.
amixon® übernimmt dabei die verfahrenstechnische und konstruktive Integration der Sensorik in den RMG-Durchlaufmischer. Gemeinsam mit dem Betreiber und dessen Messtechniklieferanten werden Auswahl, Einbauposition, hygienegerechte Ausführung, Signalverarbeitung sowie die Anbindung an die übergeordnete Anlagensteuerung definiert. Maßgeblich ist, welche Messgröße unter den tatsächlichen Prozessbedingungen zuverlässig mit der gewünschten Granulatqualität korreliert.
Besonders aufschlussreich können bildgebende Online-Messverfahren sein. Sie ermöglichen es, Partikelgröße und gegebenenfalls auch Partikelform kontinuierlich zu erfassen. Die gewonnenen Daten können genutzt werden, um den Granulationsprozess zu überwachen und – sofern die verfahrenstechnische Auslegung dies vorsieht – gezielt zu regeln. Wichtige Stellgrößen sind insbesondere:
- die Zugabemenge beziehungsweise der Massenstrom der Granulierflüssigkeit,
- die Drehfrequenz des Mischwerkzeugs,
- der Massenstrom des Feststoffs,
- die spezifische Energieeintragung sowie
- gegebenenfalls die Produkttemperatur.
Auch Drehmoment, Leistungsaufnahme, Temperatur und Feuchte liefern wertvolle Hinweise auf den aktuellen Prozesszustand. Sie können Veränderungen der Benetzung, der Agglomeratbildung, der Produktkonsistenz oder des Anhaftungsverhaltens sichtbar machen. Ob eine einzelne Messgröße ausreicht oder ob mehrere Signale kombiniert ausgewertet werden müssen, hängt von Rezeptur, Rohstoffqualität und Verfahrensführung ab.
Prozessverständnis entsteht im Technikum
Für eine konkrete Rezeptur kann amixon® im Technikum mit dem Originalprodukt untersuchen, welche Messgrößen den gewünschten Granulationszustand am zuverlässigsten abbilden. Dazu werden relevante Prozessdaten erfasst und mit analytisch bestimmten Qualitätsmerkmalen des erzeugten Granulats abgeglichen. Die Ergebnisse werden im Versuchsbericht nachvollziehbar dokumentiert. Diese Untersuchungen schaffen eine fundierte Basis für die Auslegung und spätere Inbetriebnahme einer Produktionsanlage. Sie helfen, die Wechselwirkungen zwischen Rezeptur, Rohstoffqualität, Ausgangsfeuchte, Flüssigkeitszugabe, Energieeintrag, Umfangsgeschwindigkeit des Mischwerkzeugs, Verweilzeit und Dosiergenauigkeit frühzeitig zu bewerten. So lassen sich geeignete Betriebsfenster definieren und Prozessparameter für einen stabilen, reproduzierbaren Granulationsprozess festlegen.
RMG-Durchlaufmischer: Erfahrung, Service und Ersatzteile
Der RMG-Durchlaufmischer hat sich bei ausgewählten Produktklassen und für Aufgaben der kontinuierlichen Mischung und Agglomeration sehr gut bewährt. amixon® fertigt entsprechende Apparate auf Wunsch, unterstützt bei Wartungsaufgaben und stellt eine langfristige Ersatzteilversorgung sicher.
Die Weiterentwicklung dieses speziellen Misch- und Granuliersystems ist bei amixon® seit 2010 jedoch nicht mehr Schwerpunkt der Entwicklungsarbeit. Der heutige Fokus liegt auf Präzisionsmischern für Pulver, Feststoffe und pastöse Produkte mit vertikal oder geneigt angeordneten Mischwerkwellen. Diese Systeme eignen sich insbesondere für Anwendungen mit hohen Anforderungen an Mischgüte, Restentleerung, schonende Produktbehandlung, Vakuumprozesse, thermische Behandlung sowie Hygienic Design und Containment.