Ultrazvočni sejalnik za boljše sejanje – Primer iz prakse

Tradicionalno mehansko presejanje finih prahov pogosto ovira hitro nastajanje aglomeratov – pogosto zaradi lepljivosti škroba – ki hitro zamašijo mrežo sita in drastično zmanjšajo učinkovitost ločevanja. Ultrazvočni stresalnik za sita rešuje ta ključni izziv z uporabo visokofrekvenčnih mehanskih vibracij, ki neprestano odstranjujejo zamašene delce s površine sita.
Rezultati tukaj predstavljene študije kažejo na izrazito izboljšanje učinkovitosti ločevanja v primerjavi s konvencionalnimi metodami; medtem ko je tradicionalno presejanje prineslo manj kot 55 % materiala v optimalnem razponu 200–450 μm, je ultrazvočna naprava znatno izboljšala izkoristek želene frakcije. Najbolj opazno je, da je 10-minutni cikel sejanja pri 75-odstotni ultrazvočni amplitudi uspešno izoliral 83,79 % koruzne moke v ciljnem velikostnem razponu, kar dokazuje, da je ultrazvočno odstranjevanje zamašitev izredno učinkovita in upravičena metoda obdelave za zagotavljanje natančne porazdelitve velikosti delcev.

Kdo ima koristi od uporabe ultrazvočnega sita z vibracijskim pogonom

• Nadzor kakovosti & Laboratorijske raziskave: Znanstveniki in tehniki, ki izvajajo analizo velikosti delcev, pridobivajo natančne in ponovljive rezultate brez motenj zaradi zamašitev mreže.
• živilska industrija & Procesorji: Panoge, ki se ukvarjajo z materiali na osnovi škroba, kot so koruzna, pšenična in ržena moka, imajo koristi od enakomerne velikosti delcev, kar je bistveno za optimizacijo izdelkov, kot so neposredno ekspandirani ekstrudati.
• Proizvodne dejavnosti: Obrati, ki uporabljajo ekstrudiranje ali podobne postopke, izboljšujejo kakovost svojih končnih izdelkov, saj enotna velikost delcev zagotavlja boljši prenos toplote in želene teksturne lastnosti med predelavo.

Primer iz prakse: Ultrazvočni stresalnik za odstranjevanje zamašitev iz sit pri presejanju koruzne moke

V študiji primera, ki so jo opravili Brnčić in sodelavci (2009), je bila ocenjena uporaba ultrazvočnega sejalnika Hielscher za izboljšanje sejanja koruzne moke pri proizvodnji ekstrudiranih živil z neposrednim ekspandiranjem, vključno s prigrizki, obogatenimi s sirotkinimi ali sojinimi beljakovinami. Velikost delcev je pri ekstrudiranju ključnega pomena, saj vpliva na mešanje sestavin, prenos toplote, ekspanzijo in teksturo končnega izdelka. Raziskovalci so si zato zastavili cilj, da izolirajo delce koruzne moke velikosti med 200 in 450 μm. – priporočeno območje za to uporabo.

Konvencionalno presejanje je bilo preizkušeno 5, 10 in 15 minut. Ker koruzna moka vsebuje lepljiv škrob, so se delci med seboj trčili in tvorili aglomerate, ki so zamašili sito, zlasti mrežo z velikostjo mrežnih očes 450 μm. Zamašitev se je začela že v prvi ali drugi minuti in se je s podaljšanjem obdelave še poslabšala. Posledično je delež moke v želenem razponu padel s 55,58 % po 5 minutah na 54,11 % po 10 minutah in na samo 49,37 % po 15 minutah.

Poskuse smo ponovili z ultrazvočnim sistemom z nazivno močjo do 250 W, ki deluje pri frekvenci 24 kHz. Tri amplitude ultrazvoka – 25 %, 50 % in 75 % – so bile ocenjene ob vsakem trajanju sejanja. Visokofrekvenčne mehanske vibracije so prehajale skozi sito, razbijale aglomerate in ohranjale odprtine mreže proste.

Sita z ultrazvočnim vibriranjem so prinesla znatno izboljšanje:

• Po 5 minutah se je uporabni delež povečeval z amplitudo in pri 75-odstotni amplitudi dosegel 79,57 %.
• Po 10 minutah pri 75-odstotni amplitudi je 83,79 % moke sodilo v ciljno območje, v primerjavi z 54,11 % pri konvencionalnem presejanju – porast za skoraj 30 odstotnih točk.
• Po 15 minutah pri 75-odstotni amplitudi je ciljni delež ostal podobno visok, in sicer 83,4 %, v primerjavi z le 49,37 % brez ultrazvoka.

Najboljša dva rezultata sta presegla 75-odstotni merilni prag študije za ekonomsko upravičeno predelavo.

Rezultati presejanja koruzne moke z ultrazvočnim presejalnikom po 10 minutah
Študija in grafika: ©Brnčić et al., 2009.

Glavna prednost ultrazvočnega sejanja je torej v tem, da preprečuje zamašitev sita, hkrati pa zagotavlja večji in bolj enakomeren izkoristek materiala ustrezne velikosti. Poleg tega omogoča ohranjanje zmogljivosti sejanja, zmanjša odvisnost od ročnih ali mehanskih načinov čiščenja ter omeji s tem povezana tveganja poškodb mreže in onesnaženja proizvoda.

Na splošno je študija ugotovila, da je 10-minutno presejanje pri 75-odstotni amplitudi ultrazvoka najučinkovitejši preizkušeni pogoj. Tako pridobljena frakcija moke omogoča bolj enakomerno mešanje s beljakovinskimi koncentrati in naj bi prispevala k bolj doslednemu ekstrudiranju, ekspanziji ter teksturi izdelka. Metoda je lahko primerna tudi za ločevanje drugih praškovnih snovi na podlagi velikosti delcev.

Zakaj naj bi uporabljal ultrazvočni stresalnik za presejanje?

• Preprečevanje zamašitve sita: Pri običajnem presejanju drobnih, lepljivih praškov (kot je koruzna moka) pogosto pride do hitrega zamašanja mreže zaradi aglomeracije delcev, ki jo povzroča lepljivost škroba. Ultrazvočne vibracije te aglomerate nenehno razbijajo, s čimer med celotnim postopkom ohranjajo odprtine mreže proste.
• Znatno povečanje donosa in natančnosti: Z preprečevanjem zamašitev lahko ultrazvočno presejanje bistveno izboljša izkoristek želenega delcevnega razreda. V primeru iz študije primera se je na primer delež ciljnega razreda (200–450 μm) povečal z manj kot 55 % pri tradicionalnem presejanju na več kot 83 % pri uporabi ultrazvoka.
• Optimizacija nadaljnje obdelave: Natančna porazdelitev velikosti delcev je ključnega pomena za analizo, nadzor kakovosti in industrijske aplikacije.
• Vrhunska učinkovitost pri drobnih delcih: Tradicionalne metode pri finih mrežah (npr. 450 μm ali manj) pogosto odpovejo zaradi hitrega zamašanja. Ultrazvočno čiščenje mrež zagotavlja, da ostanejo učinkovite tudi najfinejše mreže, kar omogoča visoko natančno ločevanje finih prahov in suspenzij.
• Večja vzdržljivost mreže, manj čiščenja: Mehanski diski za odstranjevanje zamašitev ali ročno posredovanje so lahko neučinkoviti in lahko poškodujejo občutljive sitne mreže. Ultrazvočni stresalnik sit zmanjša obrabo sitne mreže.
• Časovna in stroškovna učinkovitost: Ultrazvočno presejanje omogoča višje donose v krajšem času v primerjavi z daljšimi tradicionalnimi postopki presejanja, ki prinašajo nižje stopnje izkoristka. Ta učinkovitost zmanjšuje stroške dela in povečuje zmogljivost laboratorija.
• Vsestranskost v različnih panogah: Čeprav je bila tehnologija predstavljena na primeru živilskih surovin, kot so koruzna, pšenična in ržena moka, se lahko uporablja za različne fine praške in delce, suspendirane v tekočinah, zaradi česar je dragocena za raziskave na področju farmacije, kemije in materialov.
• Izboljšana ponovljivost: Z zagotavljanjem doslednega in nadzorovanega mehanizma za odstranjevanje slepih vzorcev ultrazvočno presejanje zmanjšuje spremenljivost, povezano z ročnim presejanjem ali mehanskim trkanjem, kar omogoča zanesljivejše in ponovljivejše analitične rezultate.

Literatura / Reference