Eine Publikation der Swissprofessionalmedia AG
Anlagen- und Apparatebau: Ausgabe 01-02/2016, 02.02.2016

Von frischer Milch zum Milchpulver

Sensible Nahrungsmittel wie zum Beispiel Milch, stellen hohe Anforderungen an Anlagen und Maschinen. Damit die Anlagen zur Milchpulverproduktion optimal arbeiten, hat der Schweizer Milchproduktehersteller Cremo verschiedene Produkte von Danfoss im Einsatz.

Autor: Guy Rebischung Verkaufsingenieur

Bilder: bild: Fotolia, bilder: Danfoss ag

Spätestens seit die Grosseinkäufe der Chinesen Babynahrung aus Milchpulver zu einem knappen Gut im Supermarkt gemacht haben, bekommt die Milchpulverproduktion mehr Aufmerksamkeit. Qualitativ hochwertiges Milchpulver ist jedoch nicht nur bei den Chinesen beliebt. Neben der Herstellung von Säuglingsmilchnahrung ist es vor allem für die Herstellung von Kaffeeweisser und Süsswaren nötig. Zu den bekanntesten milchpulverhaltigen Produkten gehört Vollmilchschokolade. Schokoladenhersteller verwenden nur noch selten frische Milch, da der Wasseranteil zu hoch ist und sie den Wassergehalt vor der Verwendung reduzieren müssten. Milchpulver spielt aber auch im Outdoor-bereich, wo es auf geringes Gewicht ankommt, oder in Notfallsituationen eine wichtige Rolle, wenn das Pulver leicht in Katastrophengebiete gelangen muss, um dort als Nahrungsmittel zu dienen.

Schweizer Milchpulver ist gefragt.

Der Schweizer Hersteller von verschiedenen Molkereiprodukten, Cremo, produziert an fünf Standorten Frischprodukte wie Milch, Rahm, Joghurts, Milchgetränke sowie Käse, Butter, Kaffeesahne, Milchpulver und Proteinkonzentrat für Einzelhandel, Gastronomie und Industrie. In der Fabrik in Fribourg verarbeitet das Unternehmen jährlich 200 Millionen Liter Milch.

Zuverlässige Anlagen sind wichtig in der Milchverarbeitung, da längere Anlagenausfälle fatal sind, denn Kühe kennen kein Wochenende oder Pausen. Die Bauern müssen die Kühe jeden Tag melken. Danach ist eine schnelle Verarbeitung unabdingbar, damit die Milch nicht verdirbt. Milchpulver bietet sich an, da es leicht zu lagern und zu transportieren ist. Nach dem Trocknen hat das Milchpulver nur noch etwa ein Zehntel des ursprünglichen Volumens der Milch und ist ausserdem sehr lange haltbar. Für die Milchpulveranlagen setzt Cremo in seiner Produktion auf Maschinen von Danfoss. Die Entscheidung für die Umrichter fiel unter anderem aufgrund der integrierten Filter. Die Frequenzumrichter sind serienmässig für einen EMV-gerechten Betrieb ausgerüstet.

Umrichtergesteuerte Ventilatoren im Konzentrationsprozess.

Vollmilch hat einen Wasseranteil von etwa 87 Prozent. Um daraus Milchpulver herzustellen, führt der erste Schritt über die Konzentration, wobei dieser Prozess alles überflüssige Wasser aus der Milch entfernt. Der älteste und bekannteste Weg dies zu tun, ist das Erhitzen der Milch bis zum Siedepunkt in einer offenen Pfanne. Dabei ist die Milch jedoch hohen Temperaturen ausgesetzt, was unter anderem die Proteine in der Milch schädigt.

Um dies zu verhindern, erfolgt die Verdampfung bei Unterdruck. Dadurch verdampft das Wasser in der Milch bereits bei 58 °C und die Proteine bleiben erhalten. Ein weiterer Vorteil der geringeren Temperatur sind die geringeren Energiekosten, da die Anlage deutlich weniger Energie benötigt, um das Produkt auf 58 °C zu erhitzen, statt der üblichen 100 °C. Das Milchkonzentrat enthält jetzt nur noch etwa 48 Prozent Wasser. Der nächste Produktionsschritt führt den nicht benötigten Dampf ab, der dann bei Überdruck kondensiert. Die modulare Antriebsplattform «AutomationDrive FC 302», mit einer Leistung von 1 MW, steuert den Ventilator, der den benötigten Überdruck erzeugt. Drucksensoren in der Anlage ermitteln die zur Steuerung der Anlage benötigten Daten.

Milchpulverherstellung im Trocknungsturm.

Nach der Konzentration gelangt das Milchkonzentrat in den Trocknungsturm. Die Sprühtrocknung entfernt auch die letzten Wasseranteile aus der Milch. Pumpen transportieren dazu das Milchkonzentrat an die Spitze des mehrere Stockwerke hohen Trocknungsturmes. Bei der Sprühtrocknung verwandelt ein Zerstäuber das Konzentrat in feine Tröpfchen, die von oben in den Turm gelangen. Ein Ventilator bläst saubere, trockene, heisse Luft durch den Turm. Die Tröpfchen treffen auf die heisse Luft, die das noch enthaltene Wasser grösstenteils verdampft. Die feinen Tröpfchen haben eine grosse Oberfläche, wodurch das Wasser schnell und produktschonend verdunstet. Nach dem Trocknungsturm lagert das Pulver dann bis zur Abfüllung in grossen Tanks oder wird direkt abgepackt. Eine 250 kW- Antriebsplattform steuert den Ventilator, der den Luftdurchfluss im Trocknungsturm konstant hält, während der zweite 250 kW-Umrichter über einen weiteren Ventilator für einen Überdruck sorgt. Aufgrund der Netzversorgung mit 690 V sind die beiden 250 kW-Frequenzumrichter mit einem du/dt-Filter ausgestattet. Dieser sorgt für einen langsameren Spannungsanstieg an den Motorklemmen. Je höher die Induktivität ist, desto höher sind die Spannungsspitzen. Sie können einen Überschlag hervorrufen, der die Wicklungsisolation des Motors zerstört. Der du/dt-Filter reduziert die Spannungsspitzen und verlängert so die Lebensdauer des Motors.

690 V Stromversorgung.

Die Stromversorgung des 1 MW-Umrichters und der beiden 250 kW-Umrichter erfolgt über zwei 1,6 MVA 690 V-Transformatoren. Der Milchverarbeiter wählte die Ausführung in 690 V, um die Grösse des Transformators zu verringern, wodurch er sich besser in die Anlage integrieren liess. Der Transformator befindet sich in einem Raum direkt neben dem Frequenzumrichter. So konnte der Betreiber die Kabellänge auf nur etwa fünf Meter reduzieren. Weitere 400 V-Transformatoren versorgen die restlichen in der Anlage verwendeten Frequenzumrichter. Die von Cremo verwendeten 400 V-Transformatoren sind in Dyn11 ausgeführt, die beiden 690 V-Transformatoren in Yyn0. Auf diese Weise lässt sich der «Quasi-12-Puls-Effekt» nahezu kostenneutral nutzen, um die Netzqualität zu verbessern. Zusätzliche Bauteile zur Verbesserung der Netzqualität sind, dank der geschickten Transformatorwahl, nicht erforderlich.

Integrierter Schutz vor Netzrückwirkungen.

Mit der integrierten Funkentstörung hält die Antriebsplattform die Grenzwerte nach Kategorie C1 und C2 gemäss EN 61800-3 ein. Sie ist somit optimal verträglich gegenüber anderen Betriebsmitteln. Die in der Praxis noch wichtigere Umgebungsnorm EN 55011, Klasse B (Wohnbereich) und Klasse A (Industriebereich), hält der Frequenzumrichter ebenfalls ein.

Auf der Netzanschlussseite reduzieren integrierte Zwischenkreisdrosseln die Netzrückwirkungen. Die Drossel erhöht ausserdem die Lebensdauer der Zwischenkreiskondensatoren und erlaubt die Verwendung von Kabeln mit geringerem Querschnitt. Durch den vollwertigen Zwischenkreis ist der Umrichter zudem in der Lage, den Antrieb auch bei kurzen Netzspannungseinbrüchen ohne Beeinflussung zu betreiben.

Schonender Pumpenanlauf.

Neben den Frequenzumrichtern sind auch Softstarter der MCD 3000 und MCD 500 Serien in der Anlage im Einsatz. Sie steuern unter anderem die Milchpumpen und die Pumpen für den Warmwassertransport. Sie sorgen für einen sanften Übergang vom Stillstand bis zur Höchstgeschwindigkeit und verhindern auf diese Weise Wasserschläge. Die adaptive Beschleunigungsregelung des Softstarters «MCD 500» ermittelt die optimalen Motordaten während des Starts oder Stopps des angeschlossenen Motors. Der Softstarter passt die Rampen dynamisch an die jeweilige Last an und optimiert so die Kennlinien.

Mit den wartungsarmen Frequenz-umrichten von Danfoss lässt sich ein zuverlässiger Betrieb der Anlage garantieren, ohne die Messungen der verwendeten Sensoren zu stören.


Weitere Informationen:
Danfoss AG, www.danfoss.ch