Homogenisatoren von GEA erzielen bereits seit vielen Jahren hervorragende Resultate in Bezug auf Zellaufschluss und Emulgiereffekte. Mit dem Nisox-Ventil veränderte GEA das Homogenisierungsverfahren zu Verarbeitung von Mikro- und Nanoemulsionen für die Chemie-, Pharma- und Kosmetikindustrie grundlegend. Nachdem die Innovation auf der Achema 2018 vorgestellt wurde, liegen nun die Ergebnisse der ersten Feldstudie vor.
Das Homogenisierungsventil Nisox verteilt Partikel in Emulsionen besonders gleichmäßig. Das bestätigt auch ein Belastungstest in einer realen Anwendung, die GEA nach den Laborstudien im Process Technology Center in Parma durchgeführt hat. Seit 2018 hat GEA gemeinsam mit dem Kunden das neue Verfahren intensiv 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 %), Fettphase (15 %) und Tensid (5 %). Die Praxistests bestätigen, dass das Nisox-Ventilmodell Partikel gleichförmiger, kleiner und konstanter in hoher Qualität homogenisiert. Der Polydispersitätsindex ist niedriger als bei konventionellen Ventilen, insbesondere für Anwendungen im Hochdruckbereich von 700 bis 1500 bar.
Homogenisierungsprinzip umgekehrt
Das Nisox-Ventil besteht aus zwei aktiven Komponenten: einem Deflektor und dem CCMS (Cavitation Cloud Modulating System), das die Partikel im Radialbeschleuniger gegeneinander schleudert und zerkleinert. 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. Die implodierenden Gasbläschen in der justierbaren Kavitationswolke können die Partikel deshalb leichter mikronisieren.
Der Homogenisierungseffekt lässt sich direkt am Ventil justieren. Die Ventilgeometrie optimiert die Energieverteilung während des Homogenisierens und reduziert dadurch die Partikelgröße. Das Nisox nutzt fluiddynamische Effekte innerhalb des Ventils. Die sogenannte Kavitationswolke lässt sich bewegen und entsprechend dem verarbeiteten Produkt und den Einlassbedingungen anpassen.
GEA gelingt es auf diese Weise, die homogenisierten Partikel zu verfeinern und diese gleichmäßiger im Produkt zu verteilen. 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. Rezepturen sind nun exakter reproduzierbar. Die Hersteller brauchen weniger Batch-Zirkulationen für das gewünschte Ergebnis und Nisox führt zu nahezu transparenten Emulsionen.
