Homogeniseren¶
Samenvatting¶
Homogeniseren is het proces waarbij een product overal dezelfde samenstelling en eigenschappen krijgt. Na het homogeniseren bevat ieder deel van het mengsel dezelfde verhouding van grondstoffen, waardoor verschillen in concentratie, temperatuur, kleur, dichtheid of deeltjesverdeling verdwijnen.
Homogeniseren is één van de meest voorkomende doelen van een mengproces. Het wordt toegepast in vrijwel iedere industrie waarin menginstallaties worden gebruikt, zoals de voedingsmiddelenindustrie, chemische industrie, farmaceutische industrie, cosmetica en waterbehandeling.
Binnen Jongia worden menginstallaties ontworpen om een homogeen eindproduct te realiseren. De keuze van de impeller, het stromingspatroon, het toerental en de mengtijd worden afgestemd op de eigenschappen van het product en het gewenste eindresultaat.
Theorie¶
Wat is homogeniseren?¶
Homogeniseren betekent dat een product overal dezelfde eigenschappen krijgt.
Na een goed homogenisatieproces zijn bijvoorbeeld:
- de concentratie;
- de temperatuur;
- de kleur;
- de viscositeit;
- de verdeling van de componenten;
op iedere plaats in de tank gelijk.
Het product is dan homogeen.
Waarom homogeniseren?¶
Een homogeen product is belangrijk omdat:
- de productkwaliteit constant is;
- iedere batch dezelfde eigenschappen heeft;
- processen beter voorspelbaar worden;
- eindproducten aan de specificaties voldoen.
Zonder homogenisatie kunnen verschillende delen van een tank sterk van elkaar verschillen.
Hoe ontstaat homogenisatie?¶
Een menginstallatie brengt de vloeistof voortdurend in beweging.
Hierdoor ontstaan:
- circulatie;
- turbulentie;
- afschuifkrachten (shear);
- menging tussen verschillende stromingen.
Na verloop van tijd worden verschillen steeds kleiner totdat het product homogeen is.
Homogenisatietijd¶
De tijd die nodig is om een homogeen product te verkrijgen heet de homogenisatietijd.
Deze wordt beïnvloed door:
- tankgrootte;
- impellertype;
- toerental;
- viscositeit;
- dichtheid;
- aanwezigheid van baffles.
Een efficiëntere menginstallatie bereikt hetzelfde resultaat in minder tijd.
Invloed van stroming¶
Een goed stromingspatroon is essentieel.
Bij homogeniseren is vaak een sterke:
- axiale stroming;
- circulatie door de volledige tank;
gewenst.
Wanneer delen van de tank nauwelijks worden bereikt, ontstaan zogenaamde dode zones, waardoor het product niet volledig homogeen wordt.
Invloed van viscositeit¶
De viscositeit bepaalt hoe gemakkelijk een product zich laat mengen.
Bij lage viscositeiten verloopt homogenisatie meestal snel.
Bij hogere viscositeiten:
- neemt de mengtijd toe;
- is meer vermogen nodig;
- worden vaak andere impellers toegepast.
Voor zeer hoogviskeuze producten zijn bijvoorbeeld anchors of helical ribbons geschikt.
Invloed van dichtheid¶
Wanneer verschillende componenten een sterk verschillende dichtheid hebben, bestaat de kans op:
- bezinking;
- drijven;
- ontmenging.
De menginstallatie moet voldoende circulatie creëren om deze verschijnselen tegen te gaan.
Temperatuurhomogenisatie¶
Niet alleen stoffen worden gehomogeniseerd.
Ook temperatuur moet vaak gelijkmatig worden verdeeld.
Goede menging voorkomt:
- warme zones;
- koude zones;
- lokale oververhitting.
Dit is belangrijk voor reacties en warmtewisselaars.
Geschikte impellers¶
Voor homogeniseren worden veel verschillende impellers gebruikt.
Bijvoorbeeld:
- Hydrofoil;
- Propeller;
- Pitched Blade;
- Anchor;
- Helical Ribbon.
De keuze hangt af van:
- viscositeit;
- tankgeometrie;
- gewenste stroming;
- procesdoel.
Homogeniseren versus mengen¶
Deze begrippen worden vaak als synoniem gebruikt, maar betekenen niet precies hetzelfde.
Mengen is de handeling waarbij energie aan een product wordt toegevoegd om componenten in beweging te brengen.
Homogeniseren is het resultaat van dat mengproces: een product met overal dezelfde samenstelling en eigenschappen.
Met andere woorden: mengen is het proces, homogeniseren is vaak het doel.
Homogeniseren versus dispergeren¶
Ook homogeniseren en dispergeren verschillen van elkaar.
| Homogeniseren | Dispergeren |
|---|---|
| Eindtoestand van het product | Verdelen van deeltjes of druppels |
| Product overal gelijk | Componenten worden verspreid |
| Gericht op uniformiteit | Gericht op verdeling |
| Vaak einddoel | Vaak tussenstap |
Een dispersie kan uiteindelijk homogeen worden, maar beide begrippen betekenen niet hetzelfde.
Praktijk bij Jongia¶
Binnen Jongia is homogeniseren één van de meest voorkomende ontwerpdoelen van een menginstallatie. Engineers bepalen op basis van de producteigenschappen welk stromingspatroon nodig is om de volledige tankinhoud effectief te mengen.
Tijdens de engineering wordt rekening gehouden met factoren zoals viscositeit, dichtheid, tankgeometrie, impellerdiameter, toerental en de positie van baffles. Wanneer een product gevoelig is voor shear of temperatuur, wordt ook hiermee rekening gehouden bij de keuze van de mengtechniek.
Voor complexe processen worden regelmatig CFD-simulaties uitgevoerd om te controleren of het gewenste homogenisatieniveau binnen de beschikbare mengtijd wordt bereikt.
Veelgemaakte fouten¶
- Homogeniseren en mengen als exact hetzelfde zien. Mengen is het proces; homogeniseren is meestal het gewenste eindresultaat.
- Denken dat een hoger toerental altijd sneller homogeniseert. Ook impellerkeuze, stromingspatroon en tankgeometrie zijn bepalend.
- Dode zones negeren. Wanneer delen van de tank onvoldoende worden bereikt, blijft het product plaatselijk afwijken van de rest.
- Alleen naar de samenstelling kijken. Ook temperatuur, viscositeit en deeltjesverdeling moeten vaak worden gehomogeniseerd.
- Vergeten dat producteigenschappen veranderen. Tijdens een proces kunnen viscositeit, dichtheid of temperatuur veranderen, waardoor ook de homogenisatietijd verandert.