Le emulsioni sono utilizzate in quasi ogni aspetto della vita quotidiana. La loro lavorazione e il loro sviluppo si espandono in molti settori: prodotti chimici, rivestimenti, alimenti, cosmetici, adesivi, fluidi industriali, prodotti farmaceutici, petrolio e gas.
È una miscela stabile di due liquidi immiscibili, uno dei quali è uniformemente disperso nell'altro sotto forma di piccole goccioline o particelle. Le emulsioni sono miscele di fluidi immiscibili. Di solito un fluido è presente come piccole goccioline in un'altra fase. Esistono emulsioni di olio in acqua, chiamate emulsioni olio in acqua (abbreviate in O / W), ma anche emulsioni di acqua in olio (W / O). La fase della gocciolina è chiamata fase dispersa, la fase circostante la fase continua. L'interazione delle sue fasi dispersa e continua influenza notevolmente le proprietà del materiale dell'emulsione. Le emulsioni possono essere caratterizzate utilizzando una vasta gamma di tecniche analitiche. Alcuni esempi di emulsioni comuni sono:
Soluzioni polielettrolitiche (Flocculanti) per il trattamento delle acque reflue. Le poliacrilammidi sono polimeri ad altissimo peso molecolare utilizzati come flocculanti. Questi polimeri sono principalmente disponibili come polvere o emulsione. Possono essere anionici o cationici. Alcuni di questi prodotti esistono sotto forma di soluzioni altamente viscose (da 5,000 a 10,000 centipoise) che possono essere pompate come fornite con diluizione secondaria alla mandata della pompa di alimentazione.
Le emulsioni sono ampiamente utilizzate come precursori e prodotti finali. Ciò è dovuto al numero infinito di possibili combinazioni di sistemi di emulsioni. Il compito di caratterizzare completamente la loro struttura è un passo importante per la loro commercializzazione. Nuovi tipi di emulsione sono costantemente in fase di sviluppo. Un progresso recente è la microemulsione, un tipo speciale di emulsione caratterizzata da particelle di dimensioni estremamente ridotte, trasparenza e maggiore stabilità rispetto ai sistemi convenzionali. Poiché la scienza continua a rispondere alle esigenze del settore, vengono sviluppate rapidamente combinazioni di emulsioni nuove e non convenzionali.
Le forze di tensione interfacciale cercano di mantenere separate le due fasi, l'obiettivo nella preparazione delle emulsioni è ridurre la tensione interfacciale per favorire una fusione più intima delle due fasi. Ciò si ottiene in due modi principali: riducendo la viscosità della fase interna e mediante l'uso di additivi chimici. Il riscaldamento del prodotto è il modo più semplice per ottenere una riduzione della viscosità perché la maggior parte dei liquidi diventa meno viscosa quando viene riscaldata. La diminuzione della viscosità è solitamente accompagnata da una diminuzione della tensione interfacciale, che porta a una migliore emulsificazione.
Un'emulsione stabile di due liquidi immiscibili è rara e spesso è necessario un qualche tipo di assistenza chimica. Di solito, viene utilizzata una sostanza chimica attiva all'interfaccia tra le due fasi. Un tale additivo è indicato come un emulsionante o un tensioattivo (questo sta per agente tensioattivo). La preparazione commerciale della maggior parte delle emulsioni prevede l'applicazione sia di un emulsionante chimico che di un dispositivo meccanico, come un mulino colloidale o un miscelatore in linea, per produrre una fase dispersa con una dimensione della goccia sufficientemente piccola da ottenere un prodotto finito con la proprietà.
La stabilità dell'emulsione è fondamentale nella loro lavorazione e formulazione. Le emulsioni sono spesso percepite come qualcosa di semplice, macroscala che può essere visto, sentito e persino assaggiato, ma in realtà sono le proprietà su scala nanometrica delle goccioline disperse in un'emulsione che sono i principali contributori alle proprietà di massa dell'emulsione. In particolare, le dimensioni e la carica delle goccioline emulsionate influenzano direttamente la stabilità, il gusto, la sicurezza, l'aspetto e la funzionalità. Pertanto, è della massima importanza essere in grado di misurare accuratamente e rapidamente queste proprietà delle emulsioni.
Queste proprietà sono molto importanti per l'elaborazione dell'emulsione e alcune di queste proprietà sono interconnesse:
Le concentrazioni in questione sono rilevanti perché influenzano il tipo e la stabilità dell'emulsione finale. In generale, la fase che è presente nella maggiore concentrazione tenderà ad essere la fase continua.
Per creare un'emulsione, gli ingredienti vengono prima combinati per formare un'emulsione premiscelata grezza. Questa premiscela può essere creata in diversi modi:
Il primo metodo produce buoni risultati se un dispositivo di taglio meccanico come un mulino colloidale o un miscelatore in linea viene utilizzato nella fase di finitura, il primo metodo di premiscelazione di solito produce buoni risultati.
Dopo aver assicurato una premiscela ben formulata e stabile, il mulino colloidale o il miscelatore in linea può completare il lavoro di emulsione. La zona di intense forze di taglio idrauliche all'interno del mulino colloidale o della testa del miscelatore in linea rompe le goccioline di fase interna e crea la piccola dimensione delle particelle che è generalmente desiderata. Se si utilizza una quantità sufficiente di emulsionante per l'enorme aumento dell'area superficiale generata da questo processo, il prodotto finale dovrebbe mostrare una maggiore stabilità.
In alcuni casi, una buona emulsione può essere prodotta con un livello moderato di energia meccanica applicata, ma se si aumenta il livello di energia si ottiene una scarsa emulsione. L'aumento dell'energia applicata provoca un'ulteriore riduzione delle dimensioni delle particelle, ma senza regolazione della concentrazione dell'emulsionante, le particelle più piccole non sono stabili. Questo è noto come sovraccarico dell'emulsione. Le apparecchiature di lavorazione, come i miscelatori in linea che offrono la gestione della zona di taglio (zone di azione multiple, personalizzabili, ad alto taglio) e il controllo dell'ordine di miscelazione (camere di miscelazione adattabili per introdurre il materiale di processo in diverse posizioni nella zona di taglio), forniscono vantaggi critici per sviluppo e lavorazione di emulsioni commerciali.
La riduzione della viscosità della fase dispersa migliora la formazione dell'emulsione, ma quali effetti ci si può aspettare dai cambiamenti nella viscosità della fase continua? Una riduzione della viscosità dovrebbe portare ad una più facile formazione dell'emulsione a causa di una ridotta tensione interfacciale. Sebbene ciò sia vero, è necessario considerare un altro fattore. Un aumento della viscosità in fase continua migliorerà notevolmente la stabilità dell'emulsione ritardando l'inevitabile aumento delle goccioline d'olio verso l'alto. Nella maggior parte delle circostanze, questo prodotto finito più stabile è la preoccupazione principale e la decisione di ottenere questo vantaggio a scapito di superare una tensione interfacciale più elevata nella fase di lavorazione meccanica è volentieri accettata.
Il monitoraggio e il controllo della viscosità del processo di emulsificazione diventano fondamentali per ottenere un processo ripetibile ed efficiente.
Con le proprietà fisiche delle emulsioni, le informazioni per verificare i risultati con un processo di controllo qualità (QC) affidabile sono estremamente essenziali per garantire che i processi di dispersione e omogeneizzazione producano risultati affidabili tra i lotti.
La scrematura è il fenomeno in cui la fase dispersa si separa, formando uno strato al di sopra della fase continua. È da notare che durante la mantecatura, la fase dispersa rimane allo stato di globuli in modo che possa essere ridispersa all'agitazione. La scrematura può essere ridotta al minimo se si aumenta la viscosità della fase continua. Il metodo più semplice è mettere l'emulsione su uno scaffale e osservarla per mantenerla nel tempo. Una durata di conservazione minima accettabile può essere una specifica QC. Sfortunatamente, il prezzo di questa semplicità è che un lotto scadente potrebbe non essere scoperto fino a quando il prodotto non raggiunge il cliente. Per ovviare a ciò, il processo di mantecatura può essere accelerato riscaldando l'emulsione o centrifugandola. Questi risultati devono quindi essere correlati a una velocità di scrematura statica corrispondente a temperatura ambiente. Tutte queste misurazioni del tasso di scrematura sono semplici, ma non precise.
Vari fattori possono influenzare la stabilità dell'emulsione. Problemi comuni con instabilità dell'emulsione sono coalescenza, flocculazione, formazione di creme e rottura. Pertanto, diventa importante monitorare le sue proprietà in tempo reale e apportare modifiche adattive:
Dato che la viscosità dell'emulsione non è un parametro statico ma varia a causa dei requisiti del processo e della lavorazione stessa, è fondamentale monitorare e controllare la viscosità durante l'intero ciclo di lavorazione.
La necessità di caratterizzare le proprietà dell'emulsione è fondamentale per la formulazione, lo scale-up, l'elaborazione e il test delle emulsioni, nonché per la progettazione e lo sviluppo delle apparecchiature utilizzate in questi processi.
La viscosità è fondamentale per trovare un modo per misurare la qualità dell'emulsione in modo da mantenere un certo grado di consistenza da un lotto all'altro.
I sistemi rotore / statore a taglio ultra elevato accelerano il tempo di ciclo riducendo il numero di passaggi richiesti attraverso un omogeneizzatore ad alta pressione, un dispositivo intrinsecamente a bassa produttività e ad alta energia. Poiché anche gli omogeneizzatori sono generalmente ad alta intensità di manutenzione, un efficiente "premiscelatore" genera risparmi significativi nel costo complessivo di produzione. In alcune applicazioni, i miscelatori a taglio ultraelevato offrono anche una valida alternativa agli omogeneizzatori.
La chimica sensibile delle emulsioni fa sì che il risparmio di tempo e costi non possa andare a scapito della qualità, che deve rimanere molto elevata. Il monitoraggio e il controllo della viscosità per ottimizzare i processi batch garantiscono coerenza, qualità e significativi risparmi sui costi dei materiali, nonché un'accurata rilevazione del punto finale/stima della stabilità del processo di miscelazione per un determinato lotto. Il controllo di processo e la tracciabilità del processo di miscelazione continua possono essere migliorati con il monitoraggio e il controllo in linea della viscosità, che garantiscono anche un elevato livello di coerenza del prodotto, ripetibilità nei processi e tassi di scarto significativamente inferiori.
Altri usi delle misurazioni della viscosità includono l'utilizzo dei dati forniti dall'attrezzatura nelle formulazioni e nella ricerca e sviluppo di formulazioni per mostrare proprietà target e per una caratterizzazione efficace. Inoltre, per i prodotti farmaceutici e la produzione alimentare, la tracciabilità del processo è importante per gli organismi di regolamentazione e le misurazioni in linea consentono di ottenere una tracciabilità completa dei prodotti durante il ciclo di produzione.
La misurazione e il controllo automatizzati della viscosità in linea sono fondamentali per controllare la viscosità durante la lavorazione dell'emulsione e garantire che le caratteristiche critiche siano pienamente conformi ai requisiti su più lotti, senza dover fare affidamento su metodi di misurazione offline e tecniche di prelievo di campioni. Rheonics offre le seguenti soluzioni per il controllo e l'ottimizzazione del processo nella formulazione, lavorazione, scale-up e test dell'emulsione.
Rheonics offre una soluzione integrata chiavi in mano per la gestione della qualità della produzione di emulsioni composta da:
Il sensore SRV si trova in linea, quindi misura continuamente la viscosità (e la densità in caso di SRD). Gli avvisi possono essere configurati per notificare all'operatore l'azione necessaria oppure l'intero processo di gestione può essere completamente automatizzato RTC (Rheonics Controller di monitoraggio predittivo). L'utilizzo di un SRV in una linea di processo di preparazione dell'emulsione comporta un miglioramento della produttività e dei margini di profitto e garantisce la conformità normativa. Rheonics i sensori hanno un fattore di forma compatto per una semplice installazione OEM e retrofit. Non richiedono manutenzione o riconfigurazioni. I sensori offrono risultati accurati e ripetibili indipendentemente da come o dove sono montati, senza necessità di camere speciali, guarnizioni in gomma o protezione meccanica. Non utilizzando materiali di consumo e non richiedendo ricalibrazione, SRV e SRD sono estremamente facili da utilizzare, con conseguenti costi di gestione estremamente bassi.
Una volta stabilito l’ambiente del processo, di solito è richiesto poco sforzo per mantenere l’integrità e la coerenza dei sistemi: gli operatori possono fare affidamento sullo stretto controllo con Rheonics soluzione per la gestione della qualità della produzione di emulsioni.
Rheonics' SRV e SRD hanno un fattore di forma molto piccolo per una semplice installazione OEM e retrofit. Consentono una facile integrazione in qualsiasi flusso di processo. Sono facili da pulire e non richiedono manutenzione o riconfigurazioni. Hanno un ingombro ridotto che consente l'installazione in linea in qualsiasi linea di processo, evitando qualsiasi spazio aggiuntivo o necessità di adattatori.
Rheonics SRV e SRD sono disponibili in tri-clamp e connessioni DIN 11851 oltre a connessioni al processo personalizzate.
Sia SRV che SRD sono conformi ai requisiti di conformità al contatto alimentare secondo le normative FDA e UE degli Stati Uniti.
Rheonics SRV e SRD utilizzano un esclusivo risonatore coassiale brevettato, in cui due estremità dei sensori ruotano in direzioni opposte, annullando le coppie di reazione sul loro montaggio e quindi rendendoli completamente insensibili alle condizioni di montaggio e alle portate. L'elemento sensore si trova direttamente nel fluido, senza requisiti di alloggiamento speciale o gabbia protettiva.
Rheonics' Reopulse il software è potente, intuitivo e comodo da usare. Il fluido di processo in tempo reale può essere monitorato sull'IPC integrato o su un computer esterno. Più sensori distribuiti in tutto l'impianto sono gestiti da un unico dashboard. Nessun effetto della pulsazione di pressione del pompaggio sul funzionamento del sensore o sulla precisione della misurazione. Nessun effetto di vibrazione.
Installa direttamente il sensore nel tuo flusso di processo per eseguire misurazioni di viscosità (e densità) in tempo reale. Non è richiesta alcuna linea di bypass: il sensore può essere immerso in linea; la portata e le vibrazioni non influiscono sulla stabilità e l'accuratezza della misurazione.
Nell'improbabile eventualità di un sensore danneggiato, sostituire i sensori senza sostituire o riprogrammare l'elettronica. Sostituzioni immediate sia per il sensore che per l'elettronica senza aggiornamenti del firmware o modifiche alla calibrazione. Montaggio facile. Disponibile con connessioni al processo standard e personalizzate come NPT, Tri-Clamp, DIN 11851, Flangia, Varinline e altri collegamenti sanitari e igienici. Nessuna camera speciale. Facilmente rimovibile per la pulizia o l'ispezione. SRV è disponibile anche con DIN11851 e tri-clamp connessione per un facile montaggio e smontaggio. Le sonde SRV sono sigillate ermeticamente per il Clean-in-place (CIP) e supportano il lavaggio ad alta pressione con connettori M69 IP12K.
Alimentazione 24 V CC con assorbimento di corrente inferiore a 0.1 A durante il normale funzionamento.
L'elettronica ultraveloce e robusta, combinata con modelli computazionali completi, rendono Rheonics dispositivi tra i più veloci, versatili e accurati del settore. SRV e SRD forniscono misurazioni accurate della viscosità (e della densità per SRD) in tempo reale ogni secondo e non sono influenzati dalle variazioni della portata!
RheonicsGli strumenti sono costruiti per effettuare misurazioni nelle condizioni più difficili.
SRV è disponibile con la più ampia gamma operativa nel mercato del viscosimetro di processo in linea:
Rheonics' SRD è un prodotto unico che sostituisce tre diversi strumenti per le misurazioni di viscosità, densità e temperatura. Elimina la difficoltà di collocare tre diversi strumenti e fornisce misurazioni estremamente accurate e ripetibili nelle condizioni più difficili.
Integra un SRV nella linea di processo e assicurati la coerenza nel corso degli anni. SRV monitora e controlla costantemente la viscosità (e la densità in caso di SRD) e attiva le valvole in modo adattivo per il dosaggio dei componenti della miscela. Ottimizza il processo con un SRV e sperimenta meno arresti, minor consumo di energia, minori non conformità e risparmi sui costi dei materiali. E alla fine di tutto, contribuisce a una migliore redditività e a un ambiente migliore!
SRV (e SRD) monitorano la pulizia delle linee del fluido monitorando la viscosità (e la densità) del detergente/solvente durante la fase di pulizia. Qualsiasi piccolo residuo viene rilevato dal sensore, consentendo all'operatore di decidere quando la linea è pulita/idonea allo scopo. In alternativa, SRV (e SRD) forniscono informazioni al sistema di pulizia automatizzato per garantire una pulizia completa e ripetibile tra un ciclo e l'altro, garantendo così la piena conformità agli standard sanitari degli impianti di produzione alimentare.
L'elettronica sofisticata e brevettata è il cervello di questi sensori. SRV e SRD sono disponibili con connessioni al processo standard del settore come ¾" NPT, DIN 11851, flangia e Tri-clamp consentendo agli operatori di sostituire un sensore di temperatura esistente nella linea di processo con un SRV/SRD che fornisce informazioni sui fluidi di processo estremamente preziose e utilizzabili come la viscosità oltre a una misurazione accurata della temperatura utilizzando un Pt1000 integrato (disponibile DIN EN 60751 Classe AA, A, B) .
Disponibile sia nella custodia del trasmettitore che in un montaggio su guida DIN di dimensioni ridotte, l'elettronica del sensore consente una facile integrazione nelle linee di processo e all'interno degli armadi delle apparecchiature delle macchine.
Molteplici metodi di comunicazione analogica e digitale implementati nell'elettronica del sensore rendono il collegamento a PLC industriali e sistemi di controllo semplici e diretti.
Opzioni di comunicazione analogica e digitale
Opzioni di comunicazione digitale opzionali
Rheonics offre sensori a sicurezza intrinseca certificati ATEX e IECEx per l'uso in ambienti pericolosi. Questi sensori sono conformi ai requisiti essenziali di salute e sicurezza relativi alla progettazione e costruzione di apparecchiature e sistemi di protezione destinati all'uso in atmosfere potenzialmente esplosive.
Le certificazioni di sicurezza intrinseca e antideflagrante possedute da Rheonics consente inoltre la personalizzazione di un sensore esistente, consentendo ai nostri clienti di evitare i tempi e i costi associati all'identificazione e al test di un'alternativa. Possono essere forniti sensori personalizzati per applicazioni che richiedono da una unità fino a migliaia di unità; con tempi di consegna di settimane anziché di mesi.
Installa direttamente il sensore nel flusso di processo per eseguire misurazioni di viscosità e densità in tempo reale. Non è necessaria alcuna linea di bypass: il sensore può essere immerso in linea; la portata e le vibrazioni non influenzano la stabilità e la precisione della misurazione. Ottimizza le prestazioni di miscelazione fornendo test ripetuti, consecutivi e coerenti sul fluido.
Luoghi di controllo qualità in linea
Strumenti / sensori
SRV Viscosimetro OR an SRD per una maggiore densità
Rheonics progetta, produce e commercializza sistemi innovativi di rilevamento e monitoraggio dei fluidi. Costruiti con precisione in Svizzera, RheonicsI viscosimetri e i densimetri in linea hanno la sensibilità richiesta dall'applicazione e l'affidabilità necessaria per sopravvivere in un ambiente operativo difficile. Risultati stabili – anche in condizioni di flusso avverse. Nessun effetto della caduta di pressione o della portata. È ugualmente adatto alle misurazioni di controllo qualità in laboratorio. Non è necessario modificare alcun componente o parametro per misurare l'intero intervallo.
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