Uneinheitliche Partikelgröße beim Homogenisator – worauf Sie achten sollten

Wenn Ihr Homogenisator keine gleichbleibenden Ergebnisse mehr liefert

Die Hauptaufgabe eines Hochdruckhomogenisators besteht darin, eine gleichmäßige, konstante Partikelgrößenverteilung zu erzeugen – ob beim Homogenisieren von Milchfettkügelchen auf unter 1 Mikrometer, bei der Herstellung einer stabilen pharmazeutischen Emulsion oder bei der Verarbeitung einer Lebensmittelsauce auf das gewünschte Mundgefühl. Wird die erzielte Partikelgröße uneinheitlich oder überschreitet sie die Spezifikation, beeinträchtigt dies unmittelbar Produktqualität, Haltbarkeit und Kundenzufriedenheit.

Uneinheitliche Partikelgrößen sind selten ein plötzlicher Ausfall. Sie entwickeln sich meist schleichend und werden leicht übersehen, bis die Qualitätskontrolle eine Charge beanstandet. Dieser Leitfaden zeigt, welche Komponenten Sie prüfen sollten und welche Korrekturmaßnahmen sinnvoll sind.

1. Worn Valve Seat

What Happens

Im Homogenisierventil findet die eigentliche Partikelzerkleinerung statt. Das Produkt wird unter hohem Druck durch einen engen Spalt zwischen Ventil und Ventilsitz gepresst. Beim Durchströmen dieses Spalts zerlegen intensive Scherkräfte, Turbulenz und Kavitation Partikel und Tröpfchen. Verschleißt der Ventilsitz, verändert sich die Spaltgeometrie, die Scherkräfte werden ungleichmäßig, und die Partikelgröße nimmt zu oder schwankt.

So prüfen Sie

Demontieren Sie die Ventileinheit und prüfen Sie die Ventilsitzfläche visuell. Achten Sie auf Verschleißriefen, Lochfraß, Erosionskanäle oder einen ungleichmäßigen Kontaktring. Verwenden Sie, falls vorhanden, ein Oberflächenrauheitsmessgerät – ein verschlissener Sitz weist Rauheitswerte oberhalb der Spezifikation auf. Vergleichen Sie ihn mit einem neuen Ventilsitz, um den Unterschied deutlich zu erkennen.

Solution

Tauschen Sie den Ventilsitz aus, sobald Verschleiß sichtbar ist. In den meisten Anwendungen sollten Ventil und Sitz als aufeinander abgestimmter Satz ersetzt werden, um eine optimale Spaltgeometrie sicherzustellen. Der gewählte Ventilwerkstoff – Stellite, Wolframkarbid, Keramik oder diamantbeschichtet – hat großen Einfluss auf die Standzeit. Bei abrasiven Produkten können Ventile aus Wolframkarbid oder Keramik 3–5-mal länger halten als Standard-Stellite. Eine ausführliche Prüfcheckliste finden Sie in unserem Beitrag 5 Anzeichen dafür, dass Ihr Ventil ausgetauscht werden muss.

2. Incorrect Operating Pressure

What Happens

Die Homogenisiereffizienz hängt unmittelbar vom Druckunterschied über den Ventilspalt ab. Ist der Druck zu niedrig, reicht die Scherung für eine ausreichende Zerkleinerung der Partikel nicht aus. Druckschwankungen im Betrieb führen zu Unterschieden in der Partikelgröße innerhalb derselben Charge.

So prüfen Sie

Überwachen Sie während des Betriebs das Manometer. Der Druck sollte am Sollwert stabil sein (innerhalb von ±5 bar). Achten Sie auf Schwankungen, Drift oder plötzliche Druckabfälle. Vergleichen Sie den tatsächlichen Betriebsdruck mit der Prozessspezifikation für Ihr Produkt.

Solution

Wenn der Druck dauerhaft zu niedrig ist, prüfen Sie auf Leckagen an Plunger-Packungen oder Ventilsitzen. Prüfen Sie, ob das Handrad zur Druckeinstellung bzw. der Stellantrieb ordnungsgemäß funktioniert. Kontrollieren Sie bei schwankendem Druck den Saugheber und die Einlassrückschlagventile auf Verschleiß. Prüfen Sie außerdem, ob der Vordruck am Homogenisator ausreichend und stabil ist. Ein systematisches Vorgehen finden Sie in unserem Leitfaden zur Druckfehlerbehebung.

3. Worn Impact Ring

What Happens

Der Aufprallring (auch Prallring genannt) sitzt unmittelbar hinter dem Ventilspalt. Das mit hoher Geschwindigkeit aus dem Spalt austretende Produkt prallt auf diesen Ring und wird dadurch zusätzlich zerkleinert. Verschleißt der Aufprallring, lässt diese zweite Zerkleinerungsstufe nach, und die Partikelgrößenverteilung wird gröber und variabler.

So prüfen Sie

Prüfen Sie die Oberfläche des Prallrings auf Erosion, Lochfraß oder Rinnenbildung. Die Prallfläche sollte glatt und gleichmäßig sein. Jedes sichtbare Verschleißbild weist darauf hin, dass der Ring ersetzt werden muss.

Solution

Tauschen Sie den Prallring aus. Wie Ventil und Ventilsitz sind Prallringe Verschleißteile, die planmäßig ersetzt werden sollten. BOS Homogenisers hat Prallringe für alle gängigen Fabrikate auf Lager. Prüfen Sie beim Austausch des Prallrings immer auch – und ersetzen Sie gegebenenfalls – Ventil und Ventilsitz at the same time — these three components work as a system.

4. Probleme am Ventil der zweiten Stufe

What Happens

Viele Homogenisatoren arbeiten mit einer zweistufigen Ventilanordnung. Die erste Stufe übernimmt die primäre Partikelzerkleinerung, während die zweite Stufe Agglomerate aufbricht und für eine enge, gleichmäßige Verteilung sorgt. Ist das Ventil der zweiten Stufe verschlissen oder falsch eingestellt, wird die angestrebte mittlere Partikelgröße möglicherweise erreicht, jedoch mit breiterer Verteilung – also mit größeren Unterschieden zwischen den kleinsten und größten Partikeln im Produkt.

So prüfen Sie

Prüfen Sie die Druckeinstellung der zweiten Stufe – sie beträgt üblicherweise 10–15 % des Drucks der ersten Stufe. Kontrollieren Sie Ventil und Ventilsitz der zweiten Stufe auf dieselben Verschleißmerkmale wie bei der ersten Stufe.

Solution

Stellen Sie den Druck der zweiten Stufe auf das empfohlene Verhältnis ein. Ersetzen Sie verschlissene Komponenten des Ventils der zweiten Stufe. Hinweise zu optimalen Druckverhältnissen für verschiedene Anwendungen finden Sie in unserem Artikel So funktioniert ein Homogenisator.

Process-Related Factors

Nicht jede Inkonsistenz der Partikelgröße geht auf Bauteilverschleiß zurück. Berücksichtigen Sie auch die Produkttemperatur am Ventil – kalte Produkte lassen sich schwerer homogenisieren –, die Produktzulaufmenge – Schwankungen beeinflussen die Verweilzeit im Ventilspalt –, Änderungen der Produktrezeptur – schon kleine Anpassungen können das Homogenisierverhalten verändern – sowie Lufteinschlüsse – Luft im Produkt verringert den effektiven Homogenisierdruck.

Optimieren Sie die Leistung Ihres Homogenisators

Eine gleichbleibende Partikelgröße beginnt mit einem gut gewarteten Homogenisator und richtig festgelegten Betriebsparametern. Folgen Sie einem strukturierten Wartungsplan, verwenden Sie hochwertige Ersatzteile und überwachen Sie Ihre Ergebnisse mit regelmäßigen Partikelgrößenanalysen.

BOS Homogenisers liefert Ventile, Ventilsitze, Aufprallringe und alle Verschleißteile für Gaulin, GEA, SPX, Niro Soavi, APV und weitere Marken. Zudem bieten wir Anwendungsunterstützung, um Ihren Homogenisierprozess zu optimieren. Kontakt für fachkundige Beratung.