Dispergeren¶

Samenvatting¶

Dispergeren is het gelijkmatig verdelen van kleine vaste deeltjes, vloeistofdruppels of gasbellen in een andere vloeistof. Het doel is niet om de deeltjes op te lossen, maar om ze zo fijn en homogeen mogelijk door het product te verspreiden. Dispergeren is een veelvoorkomende processtap in de voedingsmiddelenindustrie, chemische industrie, farmaceutische industrie, cosmetica en verfproductie.

Binnen Jongia worden menginstallaties ontworpen om een optimale dispersie te realiseren. De keuze van de impeller, het toerental en de tankgeometrie bepalen in grote mate hoe efficiënt een product kan worden gedispergeerd.

Een goed dispersieproces zorgt voor een homogeen eindproduct, een constante productkwaliteit en een stabiel productieproces.

Theorie¶

Wat is dispergeren?¶

Bij dispergeren worden kleine deeltjes verdeeld in een andere fase.

Dit kunnen zijn:

vaste deeltjes in een vloeistof;
vloeistofdruppels in een andere vloeistof;
gasbellen in een vloeistof.

Belangrijk is dat de verschillende fasen niet oplossen, maar als afzonderlijke deeltjes aanwezig blijven.

Een goed gedispergeerd product bevat de deeltjes gelijkmatig verdeeld over de volledige inhoud van de tank.

Dispergeren is niet hetzelfde als oplossen¶

Dispergeren en oplossen worden vaak met elkaar verward.

Bij oplossen verdwijnen de deeltjes volledig in de vloeistof.

Voorbeelden:

suiker in water;
zout in water.

Bij dispergeren blijven de deeltjes bestaan.

Voorbeelden:

pigment in verf;
cacao in melk;
lucht in water;
olie in water.

Het mengsysteem moet ervoor zorgen dat deze deeltjes gelijkmatig verdeeld blijven.

Waarom dispergeren?¶

Dispergeren wordt toegepast om:

een homogeen product te verkrijgen;
klontvorming te voorkomen;
de productkwaliteit te verbeteren;
reacties te versnellen;
de stabiliteit van een product te vergroten.

Veel industriële producten zouden zonder een goede dispersie niet bruikbaar zijn.

Hoe ontstaat een dispersie?¶

Tijdens het mengen ontstaan stromingen en afschuifkrachten (shear).

Deze krachten:

trekken klonten uit elkaar;
breken grote druppels op;
verdelen vaste deeltjes;
verspreiden gasbellen.

Hoe hoger de afschuifkracht, hoe fijner de dispersie meestal wordt.

Shear¶

Shear speelt een belangrijke rol bij dispergeren.

Wanneer twee vloeistoflagen met verschillende snelheid langs elkaar bewegen, ontstaan afschuifkrachten.

Deze zorgen ervoor dat:

deeltjes kleiner worden;
druppels worden opgebroken;
gasbellen fijner worden verdeeld.

Niet ieder proces vraagt echter om hoge shear. Sommige producten raken juist beschadigd wanneer de afschuifkrachten te groot zijn.

Dispersie van vaste stoffen¶

Bij vaste stoffen worden poeders of korrels verdeeld in een vloeistof.

Voorbeelden zijn:

pigmenten;
mineralen;
zetmeel;
additieven;
keramische poeders.

Belangrijke aandachtspunten zijn:

voorkomen van klonten;
voorkomen van bezinking;
gelijkmatige verdeling.

Dispersie van vloeistoffen¶

Wanneer twee vloeistoffen niet met elkaar mengen, kan één vloeistof als kleine druppels in de andere worden verdeeld.

Voorbeelden:

olie in water;
water in olie.

Hiermee ontstaat een emulsie.

Dispergeren is daarom vaak een belangrijke stap bij het maken van emulsies.

Dispersie van gassen¶

Ook gassen kunnen worden gedispergeerd.

Voorbeelden zijn:

zuurstof in water;
stikstof in een vloeistof;
koolstofdioxide in dranken.

Door de gasbellen klein te maken neemt het contactoppervlak toe en verloopt de gasoverdracht efficiënter.

Invloed van de deeltjesgrootte¶

De grootte van de deeltjes bepaalt in belangrijke mate de kwaliteit van de dispersie.

Kleinere deeltjes zorgen vaak voor:

een homogener product;
minder bezinking;
betere producteigenschappen;
een groter contactoppervlak.

Daarom is het verkleinen van de deeltjes vaak een belangrijk doel van het dispersieproces.

Invloed van viscositeit¶

De viscositeit heeft grote invloed op dispergeren.

Bij een lage viscositeit:

bewegen de deeltjes gemakkelijker;
mengen producten sneller.

Bij een hoge viscositeit:

zijn hogere krachten nodig;
duurt het proces langer;
wordt vaak een andere impeller gekozen.

Invloed van dichtheid¶

Wanneer de dichtheid van de deeltjes sterk afwijkt van die van de vloeistof, ontstaat sneller:

bezinking;
drijven;
ontmenging.

De menginstallatie moet voldoende stroming creëren om dit te voorkomen.

Geschikte impellers¶

Voor dispergeren worden afhankelijk van het proces verschillende impellers gebruikt.

Veel voorkomende typen zijn:

Rushton Turbine;
Pitched Blade;
Propeller;
Hydrofoil;
High Shear Disperser.

De keuze hangt af van:

de gewenste shear;
de viscositeit;
de deeltjesgrootte;
het gewenste eindresultaat.

Dispergeren versus homogeniseren¶

Deze begrippen worden regelmatig door elkaar gebruikt.

Dispergeren	Homogeniseren
Deeltjes verdelen	Product overal dezelfde samenstelling geven
Deeltjes blijven bestaan	Samenstelling wordt uniform
Vaak eerste processtap	Vaak einddoel van het mengen

Een homogeen product ontstaat vaak pas nadat de verschillende componenten eerst goed zijn gedispergeerd.

Praktijk bij Jongia¶

Binnen Jongia worden menginstallaties regelmatig ontworpen voor processen waarbij dispergeren een belangrijke processtap is. Engineers bepalen welke mengtechniek nodig is om vaste stoffen, vloeistoffen of gassen gelijkmatig in het product te verdelen.

Daarbij wordt gekeken naar onder andere:

de viscositeit van het product;
de dichtheidsverschillen tussen de fasen;
de gewenste deeltjesgrootte;
de benodigde shear;
de mengtijd;
het beschikbare motorvermogen.

Voor sommige toepassingen is een standaard impeller voldoende. Bij processen waarbij zeer fijne dispersies nodig zijn, wordt gekozen voor speciale high-shear mengsystemen of meertrapsmengers. Ook de positie van de impeller, het toerental en de aanwezigheid van baffles worden meegenomen in het ontwerp om een zo efficiënt mogelijk dispersieproces te realiseren.

Veelgemaakte fouten¶

Dispergeren verwarren met oplossen. Bij dispergeren blijven de deeltjes bestaan; bij oplossen verdwijnen ze volledig in de vloeistof.
Denken dat meer toerental altijd een betere dispersie oplevert. Een hoger toerental verhoogt weliswaar de shear, maar kan ook leiden tot overmatige warmteontwikkeling, schuimvorming of productschade.
De invloed van viscositeit onderschatten. Hoogviskeuze producten vragen vaak een andere impeller en meer vermogen om een goede dispersie te bereiken.
Alleen naar de impeller kijken. Ook de tankgeometrie, baffles, impellerpositie en producteigenschappen bepalen de kwaliteit van de dispersie.
Vergeten dat een dispersie stabiel moet blijven. Een product dat direct na het mengen homogeen lijkt, kan later alsnog ontmengen of bezinken wanneer de procesomstandigheden of receptuur niet goed zijn afgestemd.