Därför gör en pyttesmal spalt enorm skillnad vid homogenisering
Vad händer med en droppe mjölk när den passerar genom en homogenisator? Exakt hur splittras droppen och var är det egentligen uppdelningen äger rum?
Banbrytande forskning utförd av Fredrik Innings, tidigare Senior Expert på Tetra Pak och adjungerad processor i livsmedelsteknik på Lunds tekniska högskola (LTH), drog en rad intressanta slutsatser om den här grundläggande processen som utgör själva hjärtat av homogenisatorn.
Se videon Magiska Tetra Pak homogenisatorer och läs sammanfattningen av undersökningen nedan.
Magiska Tetra Pak homogenisatorer
Vad är hemligheten bakom effektiv homogenisering? Det här är den korta berättelsen om hur en pytteliten spalt kan göra enorm skillnad. Nyfiken? Se när Bert-Ove förklarar hur prestanda i en homogenisator är beroende av den.
Magiska Tetra Pak homogenisatorer
Vad är hemligheten bakom effektiv homogenisering? Det här är den korta berättelsen om hur en pytteliten spalt kan göra enorm skillnad. Nyfiken? Se när Bert-Ove förklarar hur prestanda i en homogenisator är beroende av den.
Abstract: Droppsplittring i högtryckshomogenisatorer
Droppsplittring i högtryckshomogenisatorer
Det övergripande målet med det här projektet var att undersöka droppsplittringsprocessen i mjölkhomogenisatorer. Detta gjordes med hjälp av mätningar och beräkningar av flödesfälten i spaltområdet och genom att visualisera splittringen av droppar.
För att möjliggöra visualisering och mätning utvecklades två skalmodeller av en homogenisatorspalt. Den fullskaliga modellen var en direkt kopia av spalten i en homogenisator i produktionsskala, men med optisk åtkomst. Normala drifttryck vid homogenisering kunde testas och droppar så små som 5µm diameter kunde visualiseras.
Den andra modellen skalades upp ungefär 100 gånger samtidigt som man såg till att relevanta måttfria grupper förblev konstanta, så att samma faktorer påverkade droppsplittringsprocessen. Den uppskalade modellen tillverkades av transparent plast och användes till både hastighetsmätningar i spaltområdet och visualisering av droppsplittring.
Av de här mätningarna kunde man dra slutsatsen att dropparna inte splittrades vid spaltens mynning. Större droppar förlängdes i viss mån, medan mindre droppar förblev sfäriska. Det händer inte särskilt mycket i själva spalten. Hastighetsprofilen är helt platt genom hela tunneln i en homogenisator av produktionsstorlek.
I en homogenisator i pilotskala har gränsskikten tid att växa och hastighetsprofilen är nästan färdig vid spaltens utlopp. De växande skjuvlagren verkar ha begränsad effekt på dropparna. Under passagen genom spalten får mindre droppar tid att återta sin sfäriska form, medan större droppar lämnar spalten med nästan samma höjd-/breddförhållande som när de kom in i den.
Studien visar att droppsplittringen äger rum i den vilda jetstrålen vid spaltens utlopp. Mätningarna av flödeshastighet visar en väldigt ojämn stråle, som bryts ner snabbare än en jetstråle i en fri vätska. Beroende på kammarens geometri vid spaltens utlopp kan jetstrålen fastna i någon av 45-gradersväggarna och förvandlas till en väggstråle.
Turbulensen i strålen är väldigt hög, med turbulensintensiteter på 50–100 procent. Det fanns vissa indikationer på att flödesstrukturer i samma storlek som, eller något mindre än spaltens höjd, har väldigt stor intensitet. Droppdeformationsexperiment och teoretiska analyser visar att strömvirvlarna som splittrar dropparna kan vara allt från betydligt större än till något mindre än droppen. De större virvlarna deformerar droppen visköst med hjälp av den fartlutning som virveln skapar. De mindre virvlarna deformerar droppen genom vätskans tröghet.
Den kritiska fasen under droppsplittringsprocessen är den inledande deformeringen. Om droppen deformeras till ett höjd-/breddförhållande på 3–5 förlängs droppen väldigt snabbt till ett eller flera filament som kan böjas, snurras och ytterligare deformeras innan de splittras i många små droppar.
Studie: Droppsplittring i högtryckshomogenisatorer
Registrera dig för att ladda ned pdf-versionen och läsa hela studien: ”Droppsplittring i högtryckshomogenisatorer”:
Homogenisering
Homogenisering används för att uppnå olika sorters resultat: för att förhindra en gräddlinje och sedimentering i mjölkprodukter, för att förbättra viskositeten, smaken och texturen i grädd- eller juicebaserade drycker, för att förbättra munkänslan för sojadrycker och för att förhindra att vassle separeras i yoghurt.
