Diese Sprühtrockneranlage bei Arla Foods ist ein modernes Beispiel für den GEA MSD-Sprühtrockner.
Auf der Suche nach einer besseren Trocknungsmethode
Die Sprühtrocknung ist im Grunde ein Verfahren, um ein flüssiges Konzentrat in Pulver umzuwandeln. Der Trockner zerstäubt die Flüssigkeit in feine Tröpfchen. Heiße Luft entzieht den Partikeln dann die Feuchtigkeit, während sie durch eine Trockenkammer strömen.
In den 1970er Jahren war die zweistufige Trocknung üblich: Nach der Trocknung in der Kammer folgte die Endtrocknung in einem separaten Fließbett. Dabei strömt warme Luft von unten durch eine Einheit außerhalb der Kammer, in der sich das Pulver befindet. Die Partikel werden dadurch in der Schwebe gehalten und es wird ihnen weitere Feuchtigkeit entzogen.
Bei einigen Produkten zeigte sich jedoch eine Schwachstelle dieses Ansatzes. Insbesondere bei Säuglingsnahrung, Milchzutaten und Nahrungsergänzungspulvern konnten feuchte Partikel an der Kammerwand haften bleiben und Ablagerungen bilden, was häufigere Produktionsunterbrechungen zu Reinigungszwecken zur Folge hatte.
Gleichzeitig entstand in den Vereinigten Staaten eine neue Technologie. Sie war in der Lage, Produkte zu verarbeiten, deren Aufbereitung mit der etablierten Sprühtrocknungstechnologie schwierig oder sogar unmöglich war. Dabei entstanden Pulver, die sich leichter auflösten und besser flossen. Berichte aus jener Zeit identifizierten diese Technologie als ernstzunehmende Wettbewerbsbedrohung.
Das dänische Unternehmen A/S NIRO ATOMIZER, das damals weltweit führend in der Sprühtrocknung war und heute Teil von GEA ist, sah in dieser Herausforderung eine Chance. Anstatt seine bestehende Technologie zu verteidigen, machte sich NIRO daran, die Sprühtrocknung für anspruchsvollere Produkte nutzbar zu machen.
„Das Produkt in einen Sprühtrockner zu bringen, ist nicht der schwierige Teil“, sagt Martin Skanderby, Global Project Integration Manager, Dairy Powder, bei GEA. „Das Know-how liegt darin, es mit den richtigen Eigenschaften wieder herauszubekommen.“
Die Idee, die seine Ingenieure 1976 dokumentierten, sollte zum Mehrstufentrockner MSD werden.
Die MSD Lösung
Die Ingenieure von NIRO veränderten den Ort der Trocknung. Sie integrierten ein Fließbett in die Kammer und fügten eine weitere Fließbettstufe hinzu. Dadurch konnte ein größerer Teil der Trocknung außerhalb der Sprühzone stattfinden. Gleichzeitig veränderten sie die Luftströmungsmuster. Mithilfe dieses mehrstufigen Prinzips war es möglich, auch anspruchsvollere Produkte zu verarbeiten und gleichzeitig die Eigenschaften des resultierenden Pulvers zu verbessern.
Bei Anwendungen wie Instant-Milchpulver und Säuglingsnahrung erzeugte die Technologie Pulver, die sich leichter mit Flüssigkeiten vermischen und darin auflösen ließen. Die Kernidee ist einfach. Der MSD ersetzt die Sprühtrocknung jedoch nicht. Er verändert die Verteilung des Trocknungsprozesses, um das gewünschte Produkt effektiver zu erzielen.
Diese frühe Illustration eines Sprühtrockners von NIRO zeigt die Funktionsweise der Maschine: Flüssigkeit wird in eine Kammer gesprüht, wo sie schnell trocknet.
Von der Idee zur Marktreife
Es dauerte einige Zeit, bis aus dem Konzept ein praktikables industrielles Angebot wurde. Im Jahr 1982 erwarb der französische Molkereikonzern Isigny Sainte-Mère den ersten NIRO-MSD – sechs Jahre, nachdem NIRO die Idee dokumentiert hatte.
Als immer mehr Anlagen in die Produktion gingen und zeigten, was mit der mehrstufigen Trocknung erreicht werden konnte, beschleunigte sich die Verbreitung ab Ende der 1980er Jahre. Die Ingenieure übertrafen die Lösung ihres ursprünglichen verfahrenstechnischen Challenge und begannen, den Wert des Konzepts in einem breiteren Anwendungsspektrum unter Beweis zu stellen.
Als GEA NIRO A/S übernahm, erwarb das Unternehmen damit auch die Sprühtrocknungstechnologie und das dahinterstehende Fachwissen. Die Entwicklung des MSD wurde fortgesetzt und baute auf dem ursprünglichen Prinzip auf, gestützt durch aufeinanderfolgende Generationen technischer Entwicklung und Anwendungserfahrung.
Der Einfluss der mehrstufigen Trocknung wurde deutlicher, als Wettbewerber Trockner auf derselben Grundlage entwickelten. Was als Reaktion von NIRO ATOMIZER auf eine Bedrohung durch den Wettbewerb begonnen hatte, entwickelte sich zu einem etablierten Ansatz für die mehrstufige Sprühtrocknung und zu einer Plattform, die GEA kontinuierlich ausgebaut hat.
Eine Idee, die sich ständig weiterentwickelte
Ein Ingenieur aus den Anfangsjahren von MSD würde die Geometrie einer modernen Trockenkammer noch immer wiedererkennen und das zugrunde liegende Prinzip verstehen. Die Mechanismen rund um dieses vertraute Konzept zeugen jedoch von einer kontinuierlichen Weiterentwicklung.
Ein Beispiel dafür ist die Luftverteilung. Verbesserungen bei der Luftverteilung, also der Art und Weise, wie heiße Luft in den Trockner gelangt, haben Ablagerungen reduziert und so die Effizienz gesteigert. Auch der hygienische Betrieb, die Automatisierung und die Prozesssteuerung entwickelten sich im Zuge sich ändernder Produktionsanforderungen weiter. Moderne Systeme ermöglichen einen 24/7-Betrieb. Fortschritte bei der Agglomeration und Granulierung – dem Prozess der Bildung größerer, poröserer Pulverpartikel – bieten weitere Möglichkeiten, die Pulvereigenschaften zu beeinflussen.
Digitale Tools wie GEA OptiPartner unterstützen die kontinuierliche Prozessoptimierung, indem sie Echtzeit-Daten nutzen, um die Produktion unter optimalen Bedingungen aufrechtzuerhalten. Die heute verfügbaren Tools waren für die Ingenieure von 1976 noch unvorstellbar, doch das Ziel ist dasselbe geblieben: den Prozess zu verstehen und dieses Wissen zur Leistungssteigerung zu nutzen.
Da die Sprühtrocknung einen erheblichen Energieaufwand erfordert, ist die Effizienz über die gesamte Betriebsdauer einer Anlage von entscheidender Bedeutung. In entsprechenden Anwendungen kann der MSD bei niedrigeren Austrittstemperaturen betrieben werden. Das bedeutet, dass ein größerer Teil der Trocknung in den Fließbetten und nicht in der Trockenkammer selbst stattfindet. Weitere Möglichkeiten bieten Wärmerückgewinnung und eine umfassendere Prozessoptimierung. GEA AddCool nutzt diesen Ansatz und setzt auf Hochtemperatur-Wärmepumpentechnologie, um Abwärme zurückzugewinnen und wiederzuverwenden. Dadurch wird der Energieverbrauch gesenkt und die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen verringert.
50 Jahre MSD
1976
NIRO dokumentiert das ursprüngliche MSD-Konzept.
1982
Die erste NIRO-MSD-Anlage wird an Isigny Sainte-Mère in Frankreich verkauft.
Ende der 1980er Jahre
Die Verbreitung beschleunigt sich, da sich die mehrstufige Trocknung in der Produktion bewährt.
Anfang der 2000er Jahre
Entwicklungen im Bereich der Luftverteilung reduzieren Ablagerungen weiter und verbessern die Effizienz.
Heute
Das ursprüngliche Prinzip wird durch Fortschritte in den Bereichen Hygiene, kontinuierliche Produktion, Automatisierung, Agglomeration und digitale Prozessoptimierung kontinuierlich weiterentwickelt.
Fünfzig Jahre Erfahrung
Erfahrungen aus dem Anlagenbetrieb haben die Entwicklung von MSD maßgeblich geprägt. Jede Anlage hat ihre eigenen Einschränkungen, und die Beseitigung eines Engpasses kann einen anderen offenbaren. Diese Herausforderungen zeigen den Ingenieuren von GEA, wo der Prozess verbessert werden kann.
Der Lernprozess verläuft in beide Richtungen. GEA bringt Erfahrungen aus verschiedenen Produkten, Anwendungen und Anlagen ein, während die Kunden das Verhalten ihrer eigenen Anlagen im Detail kennen. Durch den Austausch dieser Perspektiven können Möglichkeiten aufgezeigt werden, Ablagerungen zu reduzieren, Produktionszeiten zu verlängern oder die Steuerung zu verbessern.
Erfahrung bedeutet auch zu wissen, wann MSD nicht empfohlen werden sollte. Je nach Produkt, Kapazität und Betriebsbedingungen kann eine andere Technologie erforderlich sein. Manchmal reicht auch eine einfachere Lösung aus.
Diese Erfahrung erstreckt sich inzwischen auch auf den Trockner. Durch die Kombination von Prozess- und Versorgungskompetenz kann GEA den Trockner als Teil der gesamten Produktionslinie optimieren. Dabei geht es ebenso sehr um die Auswahl und Anwendung der richtigen Technologie wie um ihre Weiterentwicklung.
Zu Beginn der Geschichte des MSD zeichneten die Teammitglieder ihre Pläne noch von Hand.
Von einer Ingenieursgeneration zur nächsten
Die Kontinuität in der Geschichte des MSD ist sowohl menschlicher als auch technischer Natur. Einige Mitglieder des heutigen GEA-Teams begannen ihre Karriere an der Seite jener Ingenieure, die den ursprünglichen MSD entwickelt hatten. Sie erinnern sich an Menschen, die fest an ihre Schöpfung glaubten und hart daran arbeiteten, andere von ihrer Idee zu überzeugen.
Ihr Vertrauen erwies sich als begründet. Der von ihnen vertretene Ansatz etablierte sich in der industriellen Produktion und fand noch lange nach Abschluss ihrer frühen Arbeit immer wieder neue Anwendungsbereiche.
Der ursprüngliche MSD markiert den Anfang dieser Geschichte, nicht ihr Ende. Die Tools haben sich seit 1976 dramatisch verändert, doch der Grundgedanke bleibt stets derselbe: Probleme verstehen, ingenieurtechnisches Fachwissen anwenden und sich permanent verbessern.
