Powtech

Das NiSoX-Ventil verändert das Homogenisierungsverfahren zur Verarbeitung von Mikro- und Nanoemulsionen für die Chemie-, Pharma- und Kosmetikbranche.

Bild: iStock, Anna-Ok

Homogenisierungsverfahren im Belastungstest Kleinste Partikel weiter aufschließen

24.01.2019

Homogenisatoren von Gea werden in pharmazeutischen und kosmetischen Anwendungen eingesetzt und konnten in den vergangenen Jahren sehr gute Resultate in Bezug auf Zellaufschluss und Emulgiereffekte erzielen. Mit dem NiSoX-Ventil verändert das Unternehmen nun grundlegend das Homogenisierungsverfahren zur Verarbeitung von Mikro- und Nanoemulsionen für die Chemie-, Pharma- und Kosmetikindustrie.

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Nachdem Gea das NiSoX-Ventil auf der Achema 2018 vorgestellt hatte, liegen nun zur Powtech 2019 die Ergebnisse der ersten Feldstudie beim Kunden vor. „Wir haben unsere Laborstudien aus unserem Process Technology Center in Parma erstmals dem Belastungstest einer realen Anwendung unterzogen und freuen uns, dass wir die Effekte sogar übertreffen konnten“, resümiert Kai Becker, Leiter des Product Group Management Homogenisierung. „Uns ist es gelungen, eine nahezu transparente Emulsion herzustellen.“ Die neue NiSoX-Ventilgeometrie optimiert die Energieverteilung während des Homogenisierens und reduziert dadurch die Partikelgröße; der Homogenisierungseffekt wird deutlich verbessert.

Feldstudie bestätigt verbesserte Produkteigenschaften

Seit 2018 hat Gea gemeinsam mit dem Kunden das neue Verfahren in der Produktion getestet, um die Reduzierung der Partikelgrößen und die gleichmäßige Partikelverteilung mittels des NiSoX-Ventils im Feld zu beweisen. Im Fallbeispiel bestand die Emulsionsformulierung aus Wasser (80 Prozent), Fettphase (15 Prozent) und Tensid (5 Prozent).

Die Praxistests haben bestätigt, dass das NiSoX-Ventilmodell Partikel gleichförmiger, kleiner und konstanter in hoher Qualität homogenisiert. Der Polydispersitätsindex ist niedriger als bei vergleichbaren Ventilen, insbesondere für Anwendungen im Hochdruckbereich von 700 bis 1.500 bar. Dadurch werden die physikalischen und visuellen Eigenschaften wie Viskosität, Transparenz und Glanz verbessert, wie es bei der Verarbeitung von pharmazeutischen und kosmetischen Nanoemulsionen gewünscht ist. NiSoX führt laut Hersteller zu nahezu transparenten Emulsionen.

Prinzip der Homogenisierung umkehren

Bisher waren Homogenisierventile darauf ausgelegt, den Abstand zwischen dem Durchgangskopf und dem Schlagkopf auf ein Minimum zu reduzieren, um die erforderliche Mikronisierung der Partikel zu erreichen. Das NiSoX-Ventil jedoch dreht dieses Prinzip um: Im Gegensatz zum Standardprozess presst Gea die zu emulgierenden Stoffe nicht in einen Ringspalt, sondern aus ihm heraus.

Dadurch werden die Partikel viel weiter ausgedehnt, verdünnt und ihre Kohäsionskräfte verringert. Die Stoffe kollidieren anschließend radial in der Kammer des CCMS (Cavitation Cloud Modulating System). Die implodierenden Gasbläschen in der justierbaren Kavitationswolke können die Partikel deshalb leichter mikronisieren.

Konstantes Produktergebnis erreichen

Matteo Folezzani, Produktentwickler für Homogenisierung bei Gea, erklärt die innovative Technologie: „Mit dem NiSoX-Ventil haben wir fluiddynamische Effekte genutzt, die innerhalb des NiSoX-Ventils auftreten. Wir sind nun in der Lage, die Effektivität und Effizienz zu kontrollieren, indem wir die sogenannte Kavitationswolke bewegen. Sie kann entsprechend dem verarbeiteten Produkt und den Einlassbedingungen angepasst werden.“

Zudem stellt sich ein zweiter Effekt ein: Rezepturen sind nun exakter reproduzierbar. Die Hersteller brauchen weniger Batch-Zirkulationen für das gewünschte Ergebnis. Die Anzahl der Durchgänge bei einem bestimmten Druck kann reduziert werden.

Weitere Anwendungen in Vorbereitung

Neben der Herstellung von Nanoemulsionen sieht Becker in der Zukunft auch andere Anwendungen: „Dank der fluiddynamischen Effekte des Gea NiSoX attestieren die Feldversuche ein Vielfaches der Standzeiten für Verschleißteile. Das wird zum Beispiel für Dispersionen in Chemie- und Pharmaapplikationen interessant, denn diese sind gemeinhin sehr abrasiv.“

Gea werde dieses Einsatzgebiet deshalb weiter untersuchen; die ersten Ergebnisse seien sehr vielversprechend und bestätigen laut Becker „das hohe Potenzial dieser neuen Technologie, das sich bereits bei Emulsionen gezeigt hat. Wir stehen unseren Kunden zur Verfügung, um ihr Dispersionsgemisch zu testen und die Vorteile in Bezug auf Druckreduzierung und Energierückgewinnung zu beziffern.“

Kunden haben die Möglichkeit, die Ergebnisse an ihrem Produkt in den Laboren des Gea Process Technology Center in Parma, Italien, zu validieren. Darüber hinaus bietet das Unternehmen eine „Try and Buy“-Option, um das NiSo-X-Ventil direkt in den Anlagen beim Kunden zu testen.

Gea auf der Powtech 2019: Halle 3, Stand 231

Bildergalerie

  • Geas NiSoX-Ventil wird auch auf der Powtech 2019 zu sehen sein.

    Bild: Gea

  • Die neue Ventilgeometrie verbessert die Energieverteilung während des Homogenisierens und reduziert dadurch die Partikelgröße.

    Bild: Gea

  • Tests in Produktionsanlagen zeigen, wie effektiv das NiSoX-Ventil Partikelgrößen verringert und Partikel gleichmäßig verteilt.

    Bild: Gea

  • Rezepturen sind mit dem NiSoX exakter reproduzierbar; Hersteller brauchen somit weniger Batch-Zirkulationen für das gewünschte Ergebnis.

    Bild: Gea

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