Ультразвуковой просеиватель для повышения эффективности просеивания – Пример из практики

Традиционному механическому просеиванию мелких порошков часто мешает быстрое образование агломератов – часто вызывается клейкостью крахмала – которые быстро забивают ячейки сита и резко снижают эффективность сепарации. Ультразвуковой вибрационный ситоотделитель решает эту серьезную проблему за счет использования высокочастотных механических колебаний, которые обеспечивают непрерывное очищение поверхности сита от отложений.
Результаты представленного здесь исследования свидетельствуют о значительном повышении эффективности сепарации по сравнению с традиционными методами; в то время как при традиционном просеивании доля материала в оптимальном диапазоне 200–450 мкм составляла менее 55 %, ультразвуковая установка позволила значительно повысить выход нужной фракции. Особенно примечательно, что 10-минутный цикл просеивания при амплитуде ультразвука 75 % позволил успешно выделить 83,79 % кукурузной муки в целевом диапазоне размеров, что доказывает: ультразвуковая очистка от забивания сит является высокоэффективным и оправданным методом обработки, обеспечивающим точное распределение частиц по размерам.

Кому выгодно использование ультразвукового ситового встряхивателя

• контроль качества & Лабораторные исследования: Учёные и технические специалисты, проводящие анализ размера частиц, получают точные и воспроизводимые результаты без помех, связанных с забиванием сит.
• пищевая промышленность & Процессоры: Предприятия, работающие с материалами на основе крахмала, такими как кукурузная, пшеничная и ржаная мука, получают преимущества от стабильного размера частиц, что имеет решающее значение для оптимизации таких продуктов, как экструдированные изделия прямого вспенивания.
• Производственные операции: Предприятия, использующие экструзию или аналогичные процессы, повышают качество своей конечной продукции, поскольку однородный размер частиц обеспечивает лучшую теплопередачу и необходимые текстурные свойства в процессе переработки.

Пример из практики: ультразвуковой вибрационный ситоотделитель для очистки сит от забивания при просеивании кукурузной муки

В исследовании Брнчича и соавторов (2009) оценивается использование ультразвукового просеивателя Hielscher для улучшения просеивания кукурузной муки при производстве экструдированных продуктов с прямым раздувом, в том числе снеков, обогащенных сывороточными или соевыми белками. Размер частиц имеет решающее значение в процессе экструзии, поскольку он влияет на смешивание ингредиентов, теплообмен, расширение и текстуру конечного продукта. Поэтому исследователи поставили перед собой цель выделить частицы кукурузной муки размером от 200 до 450 мкм. – оптимальный диапазон для данного применения.

Обычное просеивание проводилось в течение 5, 10 и 15 минут. Поскольку кукурузная мука содержит клейкий крахмал, частицы сталкивались друг с другом и образовывали агломераты, которые забивали сито, особенно ячейки размером 450 мкм. Засорение начиналось уже в течение первой или второй минуты и усугублялось по мере увеличения продолжительности обработки. В результате доля муки в требуемом диапазоне уменьшилась с 55,58 % через 5 минут до 54,11 % через 10 минут и составила всего 49,37 % через 15 минут.

Испытания были повторены с использованием ультразвуковой системы номинальной мощностью до 250 Вт, работающей на частоте 24 кГц. Три значения амплитуды ультразвука – 25 %, 50 % и 75 % – оценивались при каждой продолжительности просеивания. Высокочастотные механические колебания, проходящие через сито, разрушали агломераты и обеспечивали чистоту просветов ячеек.

Сита с ультразвуковой вибрацией позволили добиться значительного улучшения:

• Через 5 минут доля полезного материала увеличилась с ростом амплитуды, достигнув 79,57 % при амплитуде 75 %.
• После 10 минут просеивания с амплитудой 75 % 83,79 % муки оказалось в пределах заданного диапазона, тогда как при использовании традиционного просеивания этот показатель составил 54,11 % – рост почти на 30 процентных пунктов.
• По прошествии 15 минут при амплитуде 75 % целевой показатель оставался столь же высоким — 83,4 %, тогда как без ультразвука он составлял всего 49,37 %.

Два лучших результата превысили установленный в рамках исследования порог в 75 %, определяющий экономическую целесообразность переработки.

Результаты просеивания кукурузной муки с помощью ультразвукового просеивателя через 10 минут
Исследование и иллюстрация: ©Brnčić и др., 2009.

Таким образом, главным преимуществом ультразвукового просеивания является его способность предотвращать забивание сит, обеспечивая при этом более высокий и стабильный выход материала нужного размера. Кроме того, этот метод позволяет поддерживать производительность просеивания, снизить зависимость от ручных или механических методов очистки, а также минимизировать связанные с этим риски повреждения сетки и загрязнения продукта.

В целом, в ходе исследования было установлено, что наиболее эффективным из протестированных режимов является 10-минутное просеивание при амплитуде ультразвука 75 %. Полученная в результате фракция муки обеспечивает более равномерное смешивание с белковыми концентратами и должна способствовать более стабильному процессу экструзии, расширения и формированию текстуры продукта. Данный метод также может быть применим для сепарации других порошкообразных материалов по размеру частиц.

Почему стоит использовать ультразвуковой ситовстряхиватель?

• Устранение забивания сита: При традиционном просеивании мелких клейких порошков (таких как кукурузная мука) часто происходит быстрое забивание ячеек сетки из-за агломерации частиц, вызванной клейкостью крахмала. Ультразвуковые колебания непрерывно разрушают эти агломераты, обеспечивая проходимость ячеек сетки на протяжении всего процесса.
• Значительное повышение производительности и точности: Предотвращая забивание, ультразвуковое просеивание позволяет значительно повысить выход нужной фракции частиц. Например, в рамках данного практического исследования доля целевой фракции (200–450 мкм) увеличилась с менее чем 55 % при традиционном просеивании до более чем 83 % при использовании ультразвука.
• Оптимизация последующей переработки: Точное распределение частиц по размерам имеет решающее значение для анализа, контроля качества и промышленного применения.
• Превосходная эффективность при работе с мелкими частицами: Традиционные методы зачастую неэффективны при использовании мельких сеток (например, с ячейками размером 450 мкм или меньше) из-за их быстрого забивания. Ультразвуковая очистка сеток от забивания обеспечивает сохранение эффективности даже самых мелких сеток, что позволяет осуществлять высокоточное разделение мелких порошков и суспензий.
• Повышенная износостойкость сетки, меньшая частота очистки: Использование механических дисков для очистки сит или ручное вмешательство могут быть неэффективными и потенциально повредить хрупкие сетки сит. Ультразвуковые ситовстряхиватели снижают износ сетки сит.
• Эффективность с точки зрения времени и затрат: Ультразвуковое просеивание позволяет добиться более высокого выхода за более короткий срок по сравнению с длительным традиционным просеиванием, при котором коэффициент извлечения ниже. Такая эффективность снижает затраты на рабочую силу и повышает производительность лаборатории.
• Универсальность в различных отраслях: Хотя данная технология была продемонстрирована на примере пищевых материалов, таких как кукурузная, пшеничная и ржаная мука, она применима к различным мелким порошкам и частицам, находящимся во взвешенном состоянии в жидкостях, что делает её ценной для исследований в области фармацевтики, химии и материаловедения.
• Повышенная воспроизводимость: Благодаря применению последовательного и контролируемого механизма снятия маскировки ультразвуковое просеивание снижает изменчивость, связанную с ручным просеиванием или механическим встряхиванием, что позволяет получать более надежные и воспроизводимые аналитические результаты.

Литература / Литература