Ultraskaņas sieta kratītājs uzlabotai sijāšanai – Praktiskais piemērs

Tradicionālo smalko pulveru mehānisko sijāšanu bieži kavē aglomerātu strauja veidošanās – bieži vien to izraisa cietes lipīgums – kas ātri aizsērē sieta acis un krasi samazina atdalīšanas efektivitāti. Ultraskaņas sieta kratītājs risina šo kritisko problēmu, izmantojot augstfrekvences mehāniskās vibrācijas, lai nepārtraukti attīrītu sieta virsmu no nosēdumiem.
Šeit prezentētā pētījuma rezultāti liecina par ievērojamu atdalīšanas efektivitātes uzlabojumu salīdzinājumā ar tradicionālajām metodēm; kamēr tradicionālā sijāšana nodrošināja mazāk nekā 55 % materiāla optimālajā 200–450 μm diapazonā, ultraskaņas iekārta ievērojami uzlaboja vēlamās frakcijas atdalīšanu. Īpaši jāatzīmē, ka 10 minūšu ilgs sijāšanas cikls ar 75 % ultraskaņas amplitūdu veiksmīgi izdalīja 83,79 % kukurūzas miltu mērķa izmēru diapazonā, pierādot, ka ultraskaņas atdalīšana ir ļoti efektīva un pamatota apstrādes metode, kas nodrošina precīzu daļiņu izmēru sadalījumu.

Kam ir izdevīgi izmantot ultraskaņas sietu kratītāju

• Kvalitātes kontrole & Laboratorijas pētījumi: Zinātnieki un tehniķi, kas veic daļiņu izmēra analīzi, iegūst precīzus, atkārtojamus rezultātus, neietekmējot sieta aizsērēšanu.
• pārtikas rūpniecība & Apstrādātāji: Nozarēm, kas strādā ar uz cietes bāzes balstītiem materiāliem, piemēram, kukurūzas, kviešu un rudzu miltiem, ir svarīga vienmērīga daļiņu izmēra sadale, kas ir būtiska tādu produktu kā tieši ekspandēti ekstrudāti optimizēšanai.
• Ražošanas darbības: Uzņēmumi, kas izmanto ekstrūziju vai līdzīgus procesus, uzlabo savu galaproduktu kvalitāti, jo vienmērīgs daļiņu izmērs nodrošina labāku siltuma pārnesi un vēlamās tekstūras īpašības pārstrādes laikā.

Praktiskais piemērs: Ultraskaņas sietu kratītājs sietu attīrīšanai no nosēdumiem kukurūzas miltu sijāšanas laikā

Brnčić un kolēģu (2009) veiktajā gadījuma izpētē tiek novērtēta Hielscher ultraskaņas sieta kratītāja izmantošana, lai uzlabotu kukurūzas miltu sijāšanu tieši uzpūstu ekstrudētu pārtikas produktu ražošanai, tostarp ar sūkalu vai sojas proteīniem bagātinātiem našķiem. Daļiņu izmērs ekstrūzijā ir ļoti svarīgs, jo tas ietekmē sastāvdaļu sajaukšanos, siltuma pārnesi, izplešanos un gala produkta tekstūru. Tāpēc pētnieki centās izdalīt kukurūzas miltu daļiņas, kuru izmērs ir no 200 līdz 450 μm – šim lietojumam ieteicamais diapazons.

Parastā sijāšana tika pārbaudīta 5, 10 un 15 minūšu garumā. Tā kā kukurūzas milti satur lipīgu cieti, daļiņas sadūrās un veidoja aglomerātus, kas aizsprostoja sietu, jo īpaši 450 μm sietu. Aizsērēšana sākās jau pirmajā vai otrajā minūtē un ar apstrādes ilguma pieaugumu kļuva arvien izteiktāka. Rezultātā miltu daļa vēlamajā diapazonā samazinājās no 55,58 % pēc 5 minūtēm līdz 54,11 % pēc 10 minūtēm un tikai 49,37 % pēc 15 minūtēm.

Eksperimenti tika atkārtoti, izmantojot ultraskaņas sistēmu ar nominālo jaudu līdz 250 W un darba frekvenci 24 kHz. Trīs ultraskaņas amplitūdas – 25 %, 50 % un 75 % – tika novērtēti katrā sijāšanas posmā. Augstfrekvences mehāniskās vibrācijas, kas izgāja cauri sietam, sadalīja aglomerātus un nodrošināja, ka sieta acis palika brīvas.

Ar ultraskaņas vibrācijām darbināmi sieti nodrošināja ievērojamu uzlabojumu:

• Pēc 5 minūtēm izmantojamā daļa palielinājās līdz ar amplitūdu, sasniedzot 79,57 % pie 75 % amplitūdas.
• Pēc 10 minūtēm, izmantojot 75 % amplitūdu, 83,79 % miltu atradās mērķa diapazonā, salīdzinot ar 54,11 %, izmantojot tradicionālo sijāšanu – pieaugums par gandrīz 30 procentu punktiem.
• Pēc 15 minūtēm, strādājot ar 75 % amplitūdu, mērķa frakcija saglabājās tikpat augsta — 83,4 %, salīdzinot ar tikai 49,37 % bez ultraskaņas.

Abi labākie rezultāti pārsniedza pētījumā noteikto 75 % kritēriju, kas raksturo ekonomiski dzīvotspējīgu pārstrādi.

Kukurūzas miltu sijāšanas rezultāti, izmantojot ultraskaņas sietu kratītāju, pēc 10 minūtēm
Pētījums un attēls: ©Brnčić et al., 2009.

Tādējādi ultraskaņas sijāšanas galvenā priekšrocība ir tās spēja novērst sieta aizsērēšanu, vienlaikus nodrošinot lielāku un vienmērīgāku pareizā izmēra materiāla iznākumu. Tā spēj arī saglabāt sijāšanas jaudu, samazināt atkarību no manuālām vai mehāniskām tīrīšanas metodēm, kā arī ierobežot ar to saistītos riskus — sieta bojājumus un produkta piesārņojumu.

Kopumā pētījumā kā visefektīvākais no pārbaudītajiem apstākļiem ir noteikta 10 minūšu ilga sijāšana ar 75 % ultraskaņas amplitūdu. Tādējādi iegūtā miltu frakcija nodrošina vienmērīgāku sajaukšanu ar proteīna koncentrātiem un, visticamāk, veicina vienmērīgāku ekstrūziju, ekspansiju un produkta tekstūru. Šī metode var būt piemērota arī citu pulverveida materiālu atdalīšanai pēc daļiņu izmēra.

Kāpēc man vajadzētu izmantot ultraskaņas sietu kratītāju?

• Sieta aizsērēšanas novēršana: Parastā smalku, lipīgu pulveru (piemēram, kukurūzas miltu) sijāšana bieži izraisa strauju sieta acu aizsērēšanu, ko izraisa daļiņu aglomerācija, ko savukārt izraisa cietes lipīgums. Ultraskaņas vibrācijas nepārtraukti sadala šos aglomerātus, tādējādi visā procesa laikā nodrošinot, ka sieta acis paliek brīvas.
• Ievērojams ražības un precizitātes pieaugums: Novēršot aizsērēšanu, ultraskaņas sijāšana var ievērojami uzlabot vēlamās daļiņu frakcijas atdalīšanu. Piemēram, izpētītajā gadījumā mērķa frakcijas (200–450 μm) daudzums palielinājās no mazāk nekā 55 % tradicionālās sijāšanas gadījumā līdz vairāk nekā 83 %, izmantojot ultraskaņu.
• Pēcapstrādes optimizācija: Precīzs daļiņu izmēru sadalījums ir ļoti svarīgs analīzēm, kvalitātes kontrolei un rūpnieciskajiem pielietojumiem.
• Izcila veiktspēja, strādājot ar smalkām daļiņām: Tradicionālās metodes bieži vien nedod vēlamo rezultātu, ja tiek izmantoti smalki sieti (piemēram, ar acs izmēru 450 μm vai mazāku), jo tie ātri aizsērē. Ultraskaņas tīrīšana nodrošina, ka pat vissmalkākie sieti saglabā savu efektivitāti, ļaujot veikt augstas precizitātes smalko pulveru un suspensiju atdalīšanu.
• Uzlabota sieta izturība, retāka tīrīšana: Mehāniskie sietu attīrīšanas diski vai manuāla iejaukšanās var būt neefektīvi un potenciāli bojāt trauslos sietu tīklus. Ultraskaņas sietu kratītājs samazina sietu tīklu nodilumu.
• Laika un izmaksu efektivitāte: Salīdzinājumā ar ilgstošu tradicionālo sijāšanu, kuras rezultātā iegūst zemākus iznākuma rādītājus, ultraskaņas sijāšana ļauj sasniegt augstākus iznākumus īsākā laikā. Šī efektivitāte samazina darbaspēka izmaksas un palielina laboratorijas caurlaidspēju.
• Daudzpusība dažādās nozarēs: Lai gan šī tehnoloģija ir demonstrēta, izmantojot pārtikas izejvielas, piemēram, kukurūzas, kviešu un rudzu miltus, tā ir piemērojama dažādiem smalkiem pulveriem un šķidrumos suspendētām daļiņām, tādējādi padarot to vērtīgu farmācijas, ķīmijas un materiālzinātnes pētījumos.
• Uzlabota reproducējamība: Nodrošinot konsekventu un kontrolētu „deblinding” mehānismu, ultraskaņas sijāšana samazina ar manuālo sijāšanu vai mehānisko sakratīšanu saistīto variabilitāti, tādējādi nodrošinot uzticamākus un atkārtojamākus analītiskos rezultātus.

Literatūra / Atsauces