Как подобрать диспергатор (гомогенизатор)

"Зачем вообще нужен диспергатор? У меня есть мешалка…" - примерно такую фразу можно услышать от некоторых Покупателей. В чем же разница между мешалкой и диспергатором (гомогенизатором)? Мешалка позволяет перемешивать массу, диспергатор - измельчать и сделать ее однородной по всему объёму. Конечно, можно получить эмульсию или суспензию за счёт интенсивного перемешивания на высоких скоростях, но из-за довольно больших размеров частиц полученная система будет нестабильна и вскоре расслоится.

Диспергатор - прибор для "мокрого" измельчения (вне зависимости от размера получаемых частиц), гомогенизатор - прибор для получения однородного продукта за счёт "мокрого" измельчения (размер получаемых частиц должен быть одинаковым). Таким образом, гомогенизатор - это частный случай диспергатора.

Гомогенизаторы высокого давления

Гомогенизаторы высокого давления – это отдельный вид диспергаторов, в котором измельчение происходит за счет перепада давления. Данный тип гомогенизаторов позволяет получить эмульсии (и суспензии) наноразмера, но производительность у данных систем не очень высока.

Диспегаторы по принципу действия бывают: ультразвуковые, ротор-статор, плунжерные (высокого давления). В данной статье речь пойдет о диспергаторах с системой ротор-статор, которые позволяют измельчать субстанции за счёт механического воздействия. Диспергаторы данного типа имеют диспергирующие элементы, состоящие из двух частей: неподвижного статора и вращающегося ротора. Статор и ротор имеют на конце зубцы различной формы, которая подбирается в зависимости от решаемой задачи.

Продукт попадает в центр диспергирующего элемента и за счёт высоких окружных скоростей отбрасывается к периферии, при этом он проходит сквозь щели статора и ротора и измельчается. Степень измельчения зависит от нескольких факторов:

• свойств среды (вязкость жидкости/ -ей; твёрдость и размер частиц твердой фазы и пр.)
• типа диспергирующего элемента (см. ниже)
• окружной скорости

Диспергаторы с системой ротор-статор бывают двух типов: погружные и проточные. Погружные диспергаторы напоминают по внешнему виду мешалку: они имеют привод и диспергирующий элемент с длинным валом. Применяются погружные диспергаторы, в основном, в лабораториях при работе с объёмами от нескольких миллилитров (пробирки) до десятков литров. Имеется также и промышленные модели, устанавливаемые на больших реакторах.

Проточные диспергаторы используются для гомогенизации в потоке или при рециркуляции продукта. Как правило, производители выпускают одну лабораторную модель для отработки рецептуры, чтобы воспроизвести условия промышленного процесса. Иногда такую "маленькую" машинку можно использовать для пилотного производства.

При подборе оборудования, в том числе диспергатора, надо учитывать не только задачу, решаемую в данный момент, но и задуматься о будущем. Если на первом этапе отработка рецептуры идет в стаканчике 100 мл, то возможно, потом понадобится производить этот продукт в объёме 2-5 л. В таком случае можно взять модель, которая будет работать как с малыми, так и со средними объёмами. С другой стороны, не стоит надеяться на чудо и думать, что с мощным приводом для 50 л можно легко работать и в пробирках…

Далее необходимо выбрать модель диспергатора. На рынке существует несколько компаний, производящих диспергаторы. Как правильно сравнить модели? После того, как был определен рабочий объём, надо сравнивать мощности диспергаторов на выходе. Если в приборе мало сил, он вряд ли сможет справиться с большим объёмом!

Обратите внимание, что в характеристиках приводятся рабочие объёмы для сред типа воды. Если вязкость среды будет выше (масла, сметана и т.п.), то надо выбирать более мощную модель. Например, необходимо получить 2 л сметаны: среди немецких диспергаторов CAT можно выбрать Универсальный диспергатор Unidrive Х1000D, который отлично справится с этой задачей. В том случае, если вы готовите пробы в лабораторной посуде небольших объемов, то здесь незаменим ручной диспергатор CAT Х 120. Его также можно крепить на штатив, как и универсальный Unidrive Х1000D, все зависит от условий и желаний пользователя. Для более серьезных задач, при работе с высоковязкими средами или объемами от 5 литров, больше всего подойдут проточные диспергаторы типа MagicLAB или его старшие аналоги .

Иногда в рамках продукции одной компании под выбранный рабочий объём с учетом вязкости может подходить несколько моделей. Они могут отличаться друг от друга дополнительными функциями: цифровым дисплеем, датчиком температуры, возможностью работать с компьютером и т.д. Здесь каждый пользователь определяется самостоятельно, в зависимости от необходимости данных функций.

И, наконец, необходимо определиться с типом диспергирующих элементов. Диспергирующий элемент предназначен для определенного рабочего объёма (по воде), который напрямую связан с диаметром ротора-статора. Нельзя работать в объёме 5 л диспергирующим элементом с диаметром 3-7 мм, от этого просто не будет эффекта. Производители рекомендуют допустимые рабочие объёмы, это не является догмой, но для достижения желаемого результата лучше их придерживаться. Кроме того, для разных задач используется подходящая форма ротора и статора и лучше при подборе диспергирующего элемента проконсультироваться с менеджером.

Диспергирующие элементы рассчитаны на определенный рабочий объём, который напрямую связан с диаметром ротора-статора. Нельзя работать в объёме 5 л диспергирующим элементом с диаметром 3-7 мм, от этого просто не будет эффекта. Производители рекомендуют допустимые рабочие объёмы, это не является догмой, но для достижения желаемого результата лучше их придерживаться.

Форма зубцов диспергирующих элементов различна, важно определиться с рабочими средами и желаемым результатом. Стандартные зубцы имеют П-образную форму: чем тоньше должно быть измельчение, тем меньше расстояние между зубцами. Для получения тонких эмульсий и суспензий используют диспергирующие элементы с двумя или тремя парами ротор-статор. Они также применяются для получения однородных эмульсий и суспензий, для интенсификации растворения или экстракции, для получения кремов и мазей, покрытий для таблеток и т.п.

Диспергирующие элементы с W-образными зубьями используются для измельчения твердых, волокнистых или вязких материалов в жидкости. Твёрдый измельчаемый материал (зёрна, гравий, листья растений и др.) должен быть меньше по размеру, чем окончание зубьев. Благодаря W-образной форме продукт "входит" между зубцами и измельчается. Чем мельче размер, тем выше к основанию он пройдет. Если для этой задачи использовать П-образные элементы, то измельчения не произойдет, т.к. материал либо не сможет зайти между зубцами, либо, наоборот, застрянет там.

Существуют диспергирующие элементы, ротор которых имеет М-образную форму, при этом ниже статора выступают 2 резца. Эти выступающие резцы необходимы для предварительного "изрезания" органических (цельных) материалов: клеток, животных тканей, листьев растений. Это своеобразные ножи, которые "лохматят" продукт, чтобы он мог проходить между основными зубцами диспергирующего элемента. Стандартные П-образные элементы в этом случае будут просто гонять материал по объёму, не причиняя ему особого вреда.

Помимо стандартных выпускаются специальные диспергирующие элементы под специфические задачи, например, статор с поперечными выемками. Благодаря такой конфигурации происходит высокая турбулизация потока. Используется для растворения и приготовления суспензий в средах с высокой вязкостью. Другой специфический элемент используется в лакокрасочной промышленности для растворения пигментов в основе. Также он предназначен для работы с вязкими средами.

Не стоит забывать про рабочие условия: давление/вакуум и агрессивность среды. Между статором и ротором имеется уплотнение, которое должно соответствовать предъявленным требованиям. Уплотнение должно быть стойким к рабочим средам, рассчитано для работы под давлением или в вакууме. Обязательно согласуйте с менеджером возможность работы в нестандартных условиях. В стандартном исполнении диспергирущий элемент рассчитан на работу при атмосферном давлении с неагрессивными средами.

Если возникнут затруднения при выборе диспергатора и подходящего диспергирующего элемента, то технические специалисты компании "Тирит" всегда готовы помочь. Получить консультацию можно по телефону +7 (495) 223-18-03 или написав на info@tirit.org.