Die Produktpaletten der Kosmetik- und Pharmaindustrie sind vielfältig. In Vakuum-Prozessmischern produzieren sie alles von Emulsionen bis hin zu Gelen, von Produkten mit niedriger bis hoher Viskosität oder gar von Teil- bis hin zu vollständigen Chargen. Die Prozessmischer müssen daher für die verschiedensten Herstellungsbedingungen geeignet sein, wobei ein hohes Qualitätsniveau erreicht werden muss. Ein entscheidendes Kriterium bei der Konstruktion dieser Mischer ist folglich die Fähigkeit, sich wechselnden Prozessbedingungen anzupassen. Eine konstante Qualität und effizientes Arbeiten mit allen Arten von Produkten ist die Herausforderung, der sich die Hersteller von Vakuum-Prozessmischern stellen. Es gilt also einen Mischer zu entwickeln, der gleichermaßen effizient bei der Herstellung großer Chargen von Sonnencreme oder Shampoo als auch bei kleinen Chargen von Mascara ist.
Ekato hat seine Unimix-Technik für diese Anforderungen entwickelt. Die Kombination des Paravisc-Rührorgans und die hohe Leistung des S-Jet-Homogenisators erfüllen die oben genannten Prozessanforderungen. Die Unimix-Vakuum-Prozessmischer verarbeiten eine breite Palette an Arbeitsvolumina von drei Liter bis mehr als 10.000 Liter, um die wechselnden Anforderungen in der Kosmetik- und Pharmaindustrie für Klein- und Großproduktionen zu erfüllen. Eine immer wiederkehrende Anforderung dabei ist, die Prozessflexibilität zu erhalten und verschiedene Homogenisiermethoden zur Verfügung zu stellen. Bei der Entwicklung der neuen Unimix-Technik, konzentrierten sich die Ekato-Ingenieure gezielt auf diese Herausforderung.
Die herkömmliche Art der Homogenisierung mit einer externen Rezirkulationsleitung, auch als „long loop“ bezeichnet, bietet neben einigen Vorteilen auch Nachteile: Bei Arbeiten mit niedrigem Füllstand wird das Produkt auf Grund des hohen Abstands zwischen dem Einlass der Rezirkulationsleitung und der Oberfläche des Produkts im gesamten Behälter verspritzt; der Ertrag wird auf Grund der Produktverluste in der Rezirkulationsleitung reduziert; da die Produktspritzer aus der Zirkulationsleitung neue Lufteinschlüsse erzeugen ist die Entgasungsrate niedrig; der Zeitaufwand bei der Reinigung der Anlage ist hoch, da eine zusätzliche Leitung in den CIP-Zyklus integriert werden muss. Ekato Systems hat folglich damit begonnen, einen neuartigen Homogenisator zu entwickeln, mit dem sich diese Nachteile vermeiden lassen.
Homogenisator mit verbesserter Rezirkulation
Nach Begutachtung der verschiedenen Positionen, an denen das Produkt nach der Homogenisierung wieder eingeleitet werden kann, haben die Ingenieure den Behälterboden – Zugabe unter der Produktoberfläche – als beste Stelle für die Rezirkulation erachtet. Vorzugsweise am niedrigsten Punkt des Behälters, um auch bei geringem Arbeitsniveau den Eintrag von Luft in das Produkt zu vermeiden. Dies ist auch die beste Position für den Homogenisator, um selbst kleine Chargen in einem großen Prozessbehälter produzieren zu können. Die bisherigen Vorteile der externen Rezirkulation müssen aber aufrechterhalten werden.
Das Ergebnis dieser Optimierung war die Konstruktion eines neuen Homogenisators samt neu konzipiertem Gehäuse, das einen zentralen Produkteinlass mit einem Produktauslass an dessen Umfang miteinander kombiniert. Zudem hat er eine interne Rezirkulation im Prozessbehälter. Der bisherige Auslass für die externe Rezirkulationsschleife wurde beibehalten und kann alternativ zur internen Rezirkulation genutzt werden.
Der S-Jet Homogenisator ist mit zwei Modi, sowohl der internen als auch der vollständigen externen Homogenisierung, ausgestattet. Der interne Modus pumpt das Produkt nach dem Emulgieren und Dispergieren im Rotor-Stator direkt in den Behälterboden zurück. Hierbei ist es möglich, mit niedrigen Füllhöhen bis hin zum maximalen Volumen zu arbeiten. Da sich der vollständige Homogenisierschritt unterhalb der Oberfläche abspielt, wird der Lufteinschluss auf ein Minimum reduziert, wodurch die erforderliche Entgasungszeit verkürzt und die Bildung von Schaum vermieden wird. Als Nebeneffekt des internen Homogenisiermodus erhöht sich die Ausbeute beim Produktaustrag. Das Produkt bedeckt lediglich den Boden und den unteren Teil des Prozessbehälters. Die Rezirkulationsleitung und andere Teile des Behälters bleiben frei von Produktresten. Da weniger Produkt im Prozessmischer zurückbleibt, lässt sich der Mischer besser reinigen. Es sind kürzere Reinigungsvorgänge und weniger Chemikalien erforderlich. Der interne Homogenisiermodus wird insbesondere empfohlen für hochwertige Produkte wie Mascara, Foundation und Cremes, die teure aktive Komponenten enthalten; für Chargen mit geringeren Füllhöhen als das maximale Arbeitsvolumen; für Produkte, die besonders schwer zu reinigende Bestandteile enthalten wie Pigmente, Titandioxide, Glanzpartikel, einige Wachse sowie für schäumende Produkte wie Shampoo.
Externer Modus mit Rezirkulationsleitung
Der bisher eingesetzte Modus zur Homogenisierung ist der externe Modus. Bei älteren Modellen von Vakuum-Prozessmischern wird hier traditionell eine Rezirkulationsleitung verwendet, um das Produkt in den Behälter zurückzuführen. Dieses bietet einige Vorteile, die nicht vernachlässigt werden dürfen. Zur Herstellung von Produkten mit erhöhter Viskosität und Dichte wird dieser Modus empfohlen, wenn die Chargenzeit bei vollständiger Füllhöhe ausschlaggebend ist. Das Vorhandensein einer Rezirkulationsleitung ermöglicht auch, laufende Chargen validierter Produkte auf neuen Vakuum-Prozessmischern zu verarbeiten – auch wenn das Produkt auf einem älteren Mischer validiert wurde, der nur über die Möglichkeit der externen
Homogenisierung verfügt. Der externe Modus wird ebenfalls zum Austrag des fertigen Produkts eingesetzt. Hierzu wird ein Auslassventil an der tiefsten Stelle der Rezirkulationsleitung geöffnet. Schließlich dient die externe Rezirkulationsleitung auch als Umpumpleitung des Spülmediums bei der Reinigung des gesamten Prozessmischers. In diesem Fall wird der Homogenisator als Pumpe eingesetzt, um den Sprühkugeln Wasser zuzuführen und so die Leitungen und Einlassventile zu spülen.
Geschickt rühren
Aber der Homogenisator ist nicht alleine ausschlaggebend, um eine optimale Produktqualität sicherzustellen: Es ist
wesentlich, dass der gesamte Behälterinhalt effizient und schnell gemischt wird. Dies ist die Aufgabe des Ekato-Rührorgans: Es dient zur Makro-Mischung des Produkts, oben sowie unten, in der Mitte sowie an der Wand des Behälters. Des Weiteren müssen Kurzschlüsse zwischen dem Produkteinlauf und -auslauf am
Homogenisator vermieden werden. Hierfür hat Ekato den Paravisc-Rührer entwickelt – ein Anker-Rührwerk das dahingehend optimiert wurde, eine hohe axiale und radiale Mischwirkung zu erreichen. Bei der Homogenisierung im internen Modus entfernt die besondere Geometrie des Rührwerks das Produkt ständig vom Produktauslauf und führt es an die Wand. Wird die externe Homogenisierung genutzt, führt der Paravisc das Produkt von der Oberfläche weg und zurück zum Homogenisator, damit verringert sich die Chargenzeit. Es sind Drehrichtungen im Uhrzeigersinn und entgegen dem Uhrzeigersinn möglich. So lässt sich die Produktzirkulation an den jeweiligen Prozessschritt anpassen. Während der Abkühlung bewegt der Rührer das Produkt zum Beispiel von der Mitte zur Wand und verbessert so die Wärmeableitung, was die Zeit zum Abkühlen reduziert. Beim Produkt-
ablass wird die entgegen gesetzte Richtung bevorzugt, um das Produkt vorzugsweise in den Homogenisatoreinlass und die Entleerleitung zu führen.
