Ультразвуковий ситовий вібратор для підвищення ефективності просіювання – Приклад з практики

Традиційному механічному просіюванню дрібнодисперсних порошків часто заважає швидке утворення агломератів – часто спричиняється клейкістю крохмалю – які швидко забивають отвори сита і різко знижують ефективність сепарації. Ультразвуковий ситовий вібратор вирішує цю серйозну проблему за допомогою високочастотних механічних коливань, які безперервно очищають поверхню сита від відкладень.
Результати представленого тут дослідження свідчать про значне підвищення ефективності сепарації порівняно з традиційними методами; тоді як традиційне просіювання давало менше ніж 55 % матеріалу в оптимальному діапазоні 200–450 мкм, ультразвукова установка значно підвищила вихід бажаної фракції. Особливо варто відзначити, що 10-хвилинний цикл просіювання при амплітуді ультразвуку 75 % дозволив успішно виділити 83,79 % кукурудзяного борошна в межах цільового діапазону розмірів, що доводить: ультразвукове очищення від згустків є високоефективним та обґрунтованим методом обробки для забезпечення точного розподілу частинок за розмірами.

Кому вигідне використання ультразвукового ситового вібратора

• Контроль якості & Лабораторні дослідження: Вчені та технічні фахівці, які проводять аналіз розміру частинок, отримують точні та відтворювані результати без перешкод, пов’язаних із забиванням сітки.
• харчова промисловість & Процесори: Галузі, що працюють з матеріалами на основі крохмалю, такими як кукурудзяне, пшеничне та житнє борошно, отримують переваги від стабільного розміру частинок, що є надзвичайно важливим для оптимізації таких продуктів, як екструдати прямого розширення.
• Виробничі операції: Підприємства, що використовують екструзію або подібні технологічні процеси, підвищують якість своєї кінцевої продукції, оскільки однорідний розмір частинок забезпечує кращий теплообмін та бажані текстурні властивості під час переробки.

Приклад із практики: ультразвуковий ситовий вібратор для очищення сит від забивання під час просіювання кукурудзяного борошна

У дослідженні Брнчича та колег (2009) оцінюється використання ультразвукового ситового вібратора Hielscher для поліпшення процесу просіювання кукурудзяного борошна з метою виробництва екструдованих харчових продуктів прямого розширення, зокрема снеків, збагачених сироватковими або соєвими білками. Розмір частинок має вирішальне значення в процесі екструзії, оскільки він впливає на змішування інгредієнтів, теплообмін, розширення та текстуру кінцевого продукту. Тому дослідники поставили собі за мету виділити частинки кукурудзяного борошна розміром від 200 до 450 мкм – оптимальний діапазон для цього застосування.

Традиційне просіювання проводили протягом 5, 10 та 15 хвилин. Оскільки кукурудзяне борошно містить клейкий крохмаль, частинки стикалися між собою й утворювали агломерати, які забивали сито, особливо отвори розміром 450 мкм. Забивання починалося вже на першій або другій хвилині і посилювалося з подовженням часу обробки. Як наслідок, частка борошна в бажаному діапазоні зменшилася з 55,58 % через 5 хвилин до 54,11 % через 10 хвилин і становила лише 49,37 % через 15 хвилин.

Дослідження були повторені з використанням ультразвукової системи номінальною потужністю до 250 Вт, що працювала на частоті 24 кГц. Три значення амплітуди ультразвуку – 25 %, 50 % та 75 % – оцінювалися на кожному етапі просіювання. Високочастотні механічні коливання, проходячи крізь сито, розбивали агломерати та забезпечували прохідність отворів сітки.

Сита з ультразвуковим вібраційним приводом забезпечили суттєве поліпшення:

• Через 5 хвилин частка корисного матеріалу зростала разом з амплітудою, досягнувши 79,57 % при амплітуді 75 %.
• Через 10 хвилин при амплітуді 75 % 83,79 % борошна потрапило в цільовий діапазон, тоді як при використанні традиційного просіювання цей показник становив 54,11 % – зростання майже на 30 процентних пунктів.
• Після 15 хвилин роботи з амплітудою 75 % цільова частка залишилася на такому ж високому рівні — 83,4 %, тоді як без ультразвуку вона становила лише 49,37 %.

Два найкращі результати перевищили встановлений у дослідженні поріг у 75 %, що є критерієм економічної доцільності переробки.

Результати просіювання кукурудзяного борошна за допомогою ультразвукового просіювача через 10 хвилин
Дослідження та ілюстрація: ©Brnčić та ін., 2009.

Отже, головною перевагою ультразвукового просіювання є його здатність запобігати забиванню сит, забезпечуючи при цьому більший і стабільніший вихід матеріалу відповідного розміру. Воно також дозволяє підтримувати продуктивність просіювання, зменшити залежність від ручних або механічних методів очищення та обмежити пов’язані з цим ризики пошкодження сітки та забруднення продукту.

Загалом, у дослідженні встановлено, що найефективнішим з перевірених режимів є 10-хвилинне просіювання при 75% амплітуди ультразвуку. Отримана фракція борошна сприяє більш рівномірному змішуванню з білковими концентратами та має забезпечити стабільніші результати екструзії, розпушення та текстури продукту. Цей метод також може бути придатним для сепарації за розміром частинок інших порошкоподібних матеріалів.

Чому варто використовувати ультразвуковий ситовий вібратор?

• Усунення забивання сита: Звичайне просіювання дрібних, липких порошків (таких як кукурудзяне борошно) часто призводить до швидкого засмічення сітки через агломерацію частинок, спричинену липкістю крохмалю. Ультразвукові коливання безперервно руйнують ці агломерати, забезпечуючи прохідність отворів сітки протягом усього процесу.
• Значне підвищення врожайності та точності: Завдяки запобіганню утворенню заторів ультразвукове просіювання дозволяє суттєво підвищити вихід потрібної фракції частинок. Наприклад, у наведеному прикладі частка цільової фракції (200–450 мкм) зросла з менш ніж 55 % при традиційному просіюванні до понад 83 % при використанні ультразвуку.
• Оптимізація подальшої обробки: Точний розподіл частинок за розмірами має вирішальне значення для аналізу, контролю якості та промислового застосування.
• Висока ефективність при роботі з дрібними частинками: Традиційні методи часто виявляються неефективними у випадку сіток з дрібними отворами (наприклад, 450 мкм або менше) через швидке засмічення. Ультразвукове очищення сіток від залишків забезпечує ефективну роботу навіть найдрібніших сіток, що дозволяє здійснювати високоточне розділення дрібних порошків та суспензій.
• Підвищена зносостійкість сітки, зменшення частоти очищення: Механічні диски для очищення сит або ручне втручання можуть бути неефективними та потенційно шкідливими для делікатних ситкових сіток. Ультразвукові ситові вібратори зменшують зношування ситкових сіток.
• Ефективність з точки зору часу та витрат: Ультразвукове просіювання забезпечує вищий вихід за коротший час порівняно з тривалим традиційним просіюванням, яке дає нижчі показники вилучення. Така ефективність дозволяє знизити витрати на робочу силу та підвищити пропускну здатність лабораторії.
• Універсальність у різних галузях: Хоча ця технологія була продемонстрована на прикладі харчових матеріалів, таких як кукурудзяне, пшеничне та житнє борошно, вона може застосовуватися до різних дрібних порошків та частинок, що знаходяться у суспензії в рідинах, що робить її цінною для досліджень у фармацевтиці, хімії та матеріалознавстві.
• Покращена відтворюваність: Завдяки застосуванню послідовного та контрольованого механізму зняття сліпого тестування ультразвукове просіювання зменшує варіативність, пов’язану з ручним просіюванням або механічним струшуванням, що забезпечує більш надійні та відтворювані результати аналізу.

Література / Список літератури