Jak planuje się skalowanie z centrum prób do produkcji przy granulatach spożywczych instant, wraz z oceną ryzyka?
Skalowanie granulatów spożywczych instant oznacza proporcjonalne przeniesienie procesu zoptymalizowanego w laboratorium lub centrum prób na wielkoprzemysłową instalację produkcyjną. Celem jest odwzorowanie osiągniętych właściwości produktu, takich jak zachowanie rehydratacyjne, gęstość nasypowa, rozkład wielkości cząstek, rozpuszczalność i cechy sensoryczne, w skali przemysłowej w sposób trwały i powtarzalny.
Punktem wyjścia jest baza danych z centrum prób
Podstawą każdego skalowania jest w pełni scharakteryzowana baza danych z centrum prób. W tym celu systematycznie rejestruje się i dokumentuje właściwości surowca, parametry procesowe, wielkości docelowe i krytyczne parametry procesowe.
Do istotnych specyfikacji surowca należą zawartość wilgoci, rozkład wielkości cząstek, zachowanie płynięcia, rozpuszczalność oraz właściwości funkcjonalne, takie jak zawartość białka, zawartość tłuszczu lub struktura skrobi. Na tej podstawie dobiera się warunki ramowe procesu w centrum prób tak, aby możliwie jak najbardziej zbliżyć je do późniejszej produkcji.
Strategia skalowania i kryteria podobieństwa
Planowanie odbywa się specyficznie dla danego typu procesu i opiera się na rozważaniach dotyczących podobieństwa. Podobieństwo geometryczne, kinematyczne i energetyczne stanowią przy tym główne wielkości wiodące.
Ważnymi wielkościami skalowania są na przykład stopień napełnienia, geometria narzędzia, prędkość obwodowa, wprowadzanie energii, natężenie natrysku i prowadzenie powietrza. Idealnie skalowanie przeprowadza się etapowo, od laboratorium przez centrum prób aż po produkcję, aby wcześnie rozpoznać nieliniowości i efekty aparaturowe.
Fizyczne osobliwości przy skalowaniu
W większej skali procesy mieszania i granulacji często zachowują się nieliniowo. Zmiany w przenoszeniu ciepła i masy, w zachowaniu mieszania oraz w prowadzeniu wilgoci i powietrza mogą prowadzić do gorących punktów, gradientów wilgotności, pylenia lub niewystarczającej struktury granulatu.
Zwłaszcza przy granulatach spożywczych instant decydujące znaczenie mają morfologia cząstek, porowatość, gęstość i zwilżalność. Już niewielkie zmiany wprowadzania energii lub suszenia mogą wyraźnie wpłynąć na rehydratację, rozpuszczalność i jakość sensoryczną.
Ocena ryzyka
Do ustrukturyzowanej oceny ryzyka stosuje się znormalizowane metody, takie jak FMEA, HACCP, analiza Ishikawy i podejścia QbD. Dzięki temu można wcześnie zidentyfikować i uszeregować pod względem priorytetu możliwe wzorce błędów, takie jak niewystarczające suszenie, niewystarczająca granulacja, podwyższona zawartość frakcji drobnych, przeniesienie alergenów lub ryzyka związane z czyszczeniem.
Planowanie prób i analityka procesowa
Dla zabezpieczenia skalowania przeprowadzane są systematyczne serie prób. Należą do nich zdefiniowane zmiany stopnia napełnienia, prędkości obrotowej, prędkości obwodowej, wprowadzania energii lub czasu trwania procesu oraz dokumentacja wynikającej z tego jakości produktu.
Wyniki są oceniane i dokumentowane w sposób kompletny. Na życzenie można włączyć dodatkowe strategie pomiarowe i oceniające, aby rzetelnie zdefiniować granice procesu i późniejsze okno pracy.
Kwalifikacja i przeniesienie do produkcji
Po ocenie technicznej następuje przeniesienie do instalacji docelowej. Ponieważ instalacje próbne i produkcyjne są idealnie zaprojektowane według podobnych zasad procesowych i stopniowanych wielkości konstrukcyjnych, parametry z centrum prób często dają się dobrze przenieść na skalę produkcyjną.
Założenia istotne dla skalowania powinny jednak zawsze być zabezpieczone próbami walidacyjnymi w większej skali. Jest to ważne dla późniejszej decyzji inwestycyjnej, ponieważ pozwala z wyprzedzeniem realistycznie ocenić jakość produktu, opłacalność i ryzyko techniczne.
Produkcja i cykl życia
Wytworzenie instalacji produkcyjnej następuje następnie na podstawie wiedzy zdobytej w centrum prób. Po uruchomieniu inspekcje, zapobiegawcze utrzymanie ruchu i dostępność części zamiennych pozostają istotnymi elementami zapewniającymi stabilność procesu przez cały cykl życia.
W ten sposób amixon® planuje program prób i skalowania w centrum prób
Definicja celu przed pierwszą próbą
Na początku stoją kryteria akceptacji użytkownika, a więc wymagana jakość mieszania, stopień opróżniania, wymagania dotyczące łagodności, rozpiętość wielkości wsadu i czas taktu. Eksperci amixon® przekładają te cele na ustrukturyzowany program prób na jednej z 35 instalacji próbnych, w wielkości konstrukcyjnej dopasowanej do dostępnej ilości produktu.
Systematyczna zmiana parametrów
Zmieniane są istotne dla skalowania wielkości: czas mieszania, prędkość obwodowa narzędzia w oknie od około 0,8 do 3,5 m/s, stopień napełnienia oraz, jeśli jest to istotne procesowo, szybkość dozowania i rodzaj dodawania cieczy, na przykład przez lancę lub dyszę dwuczynnikową z rotorem tnącym lub bez niego. Dla każdego punktu próby pobierane są próbki i określana jest jakość mieszania, podczas gdy stopnie opróżniania są weryfikowane grawimetrycznie.
Przeniesienie na skalę produkcyjną
Ponieważ mieszalniki centrum prób i produkcyjne pracują z identyczną zasadą mieszania i są skalowane poprzez prędkość obwodową, a nie samą prędkość obrotową, znalezione parametry są zasadniczo dobrze przenoszalne. Raster wielkości konstrukcyjnych w krokach co 100 litrów aż do 50.000 litrów pozwala na dobór dokładnie do docelowej wielkości wsadu, bez zbędnego naruszenia podobieństwa.
Wiele rzeczy można obliczyć, ale nie każde pytanie da się rozstrzygnąć wyłącznie na drodze obliczeniowej. Dla wielu zagadnień amixon® dysponuje wartościami doświadczalnymi, do których można sięgnąć w procesie rozwoju. Niektóre kwestie muszą jednak zostać rozstrzygnięte eksperymentalnie, na przykład ciśnienie spiętrzenia, jakie buduje się w obszarze narzędzia podczas mieszania granulatów spożywczych instant.
Właśnie w takich przypadkach szczególnie rzetelnych wyników dostarcza seria prób z wsadami o różnej wielkości. Na podstawie badań z 1 litrem, 10 litrami, 100 litrami, 1000 litrami i 3000 litrami można wyciągnąć bardzo dokładne wnioski dla skalowania. Dzięki temu zachowanie wsadu 10 m³ można przewidzieć znacznie pewniej.
Dokumentacja jako podstawa inwestycji
Próby są przeprowadzane, oceniane i dokumentowane wspólnie. Raport z prób potwierdza parametry procesu w realnych warunkach i wskazuje optymalny aparat. Dzięki temu docelowa jakość mieszania, stopnie opróżniania i czasy taktu są w sposób wiarygodny przenoszone do specyfikacji instalacji, a ryzyka są w idealnym przypadku eliminowane przed inwestycją, a nie dopiero odkrywane po niej.
Dla Instant Food sprawdzone w praktyce są systemy amixon®, na przykład mieszalniki dwuwałowe z automatycznym czyszczeniem na mokro przy zmianie między produktami pikantnymi a słodkimi, KoneSlid® dla delikatnych produktów suszonych rozpyłowo i aglomerowanych oraz RMG dla granulatów o niskiej pyłowości i szybkiej rozpuszczalności.
Produkcja w Paderborn jako fundament jakości
amixon® rozwija i produkuje wyłącznie w zakładzie w Paderborn przy dużej głębokości produkcji i ze wszystkimi komponentami z Niemiec. Jako certyfikowany zakład spawalniczy z kwalifikacjami europejskimi, japońskimi, koreańskimi i amerykańskimi amixon® konstruuje każdy aparat jako egzemplarz jednostkowy na podstawie URS użytkownika, a kontrola jakości pozostaje w całości we własnym zakładzie. Ta samodzielność produkcyjna zabezpiecza jednocześnie długoterminowe zaopatrzenie, ponieważ każdy element daje się odtworzyć również dziesięciolecia później.
Serwis w całym cyklu życia
Po uruchomieniu amixon® pozostaje przy boku użytkownika. Regularne inspekcje i zapobiegawcze utrzymanie ruchu zabezpieczają dostępność, na życzenie uzupełnione o Predictive Maintenance. Wybrane części zużywające się są dostarczane już z pierwszą dostawą, większość części zamiennych jest magazynowana w Paderborn, wiele kolejnych w punktach serwisowych w Japonii i USA, dzięki czemu możliwy pozostaje dożywotni serwis części zamiennych, nawet gdy oryginalni dostawcy znikają z rynku. Wiele maszyn amixon® pracuje codziennie od ponad 30 lat; modernizacja i doposażenie utrzymują je na aktualnym poziomie techniki.