Bei der Emulsionsherstellung bestimmt die Qualitätskontrolle unmittelbar die Produktleistung, die Haltbarkeit und die Kundenzufriedenheit. Einer der wichtigsten Parameter in diesem Prozess istEmulsionsviskositätBereits geringfügige Schwankungen der Viskosität können zu Problemen wie Phasentrennung, ungleichmäßiger Textur oder Nichterfüllung der Endanwendungsanforderungen führen.
Diese Lösung konzentriert sich darauf, wieInline-EmulsionsviskosimeterHerausforderungen im gesamten Prozesssteuerungsprozess bewältigen und eine konsistenteEmulsionsviskositätin der kontinuierlichen Produktion und der Umwandlung reaktiver Qualitätskontrolle in proaktives Prozessmanagement.
Was sind Emulsionen?
Eine Emulsion ist ein heterogenes Gemisch aus zwei nicht mischbaren Flüssigkeiten (z. B. Öl und Wasser), bei dem eine Flüssigkeit (die dispergierte Phase) in winzige Tröpfchen zerteilt und in der anderen (der kontinuierlichen Phase) suspendiert ist. Die Stabilität dieses Gemisches beruht auf Emulgatoren – Substanzen, die die Oberflächenspannung zwischen den beiden Phasen verringern und das Zusammenfließen der Tröpfchen verhindern.
Wichtige Eigenschaften von Emulsionen, die direkt mitEmulsionsviskositätenthalten:
- PhasenzusammensetzungDas Verhältnis von dispergierter zu kontinuierlicher Phase beeinflusst die Viskosität direkt (z. B. erhöht ein höherer Ölgehalt in einer Öl-Wasser-Emulsion die Viskosität).Viskosität von Öl-Wasser-Emulsionen).
- TropfengrößeKleinere Tröpfchen erzeugen mehr Reibung zwischen den Phasen, was zu einer höheren Viskosität führt; größere, aggregierte Tröpfchen verringern die Viskosität und signalisieren Instabilität.
- Emulgatorart und -konzentrationVerschiedene Emulgatoren (z. B. Tenside, Polymere) verändern die Grenzschicht um die Tröpfchen herum, was wiederum die Fließeigenschaften der Emulsion (und damit ihre Viskosität) verändert.
Arten von Emulsionen
VerständnisEmulsionstypenist entscheidend für die Auswahl des richtigenEmulsionsviskosimeterDa jeder Typ ein einzigartiges Viskositätsverhalten und spezifische Produktionsanforderungen aufweist, lassen sich die gebräuchlichsten Klassifizierungen wie folgt zusammenfassen:
Nach Phasenzusammensetzung
- Öl-in-Wasser (O/W)-EmulsionenDie kontinuierliche Phase besteht aus Wasser, die dispergierte Phase aus Öl (z. B. Milch, Gesichtscremes). Diese Emulsionen weisen typischerweise eine geringere Viskosität auf.Viskosität von Öl-Wasser-Emulsionenim Vergleich zu W/O-Typen, da Wasser eine geringere Viskosität als die meisten Öle aufweist.
- Wasser-in-Öl (W/O)-EmulsionenDie kontinuierliche Phase besteht aus Öl, die dispergierte Phase aus Wasser (z. B. Butter, Motoröl).Emulsionsviskositätist aufgrund der dickeren kontinuierlichen Ölphase oft höher.
- MehrfachemulsionenKomplexe Gemische wie Öl-in-Wasser-in-Öl (O/W/O) oder Wasser-in-Öl-in-Wasser (W/O/W) (z. B. Arzneimittel mit kontrollierter Wirkstofffreisetzung) weisen geschichtete Viskositätsprofile auf, die eine präzise Echtzeitüberwachung erfordern, um eine Phasentrennung zu vermeiden.
- MakroemulsionenDie Tröpfchengrößen liegen im Bereich von 0,1–10 μm; sie sind undurchsichtig und weisen bei richtiger Formulierung eine relativ stabile Viskosität auf.
- MikroemulsionenTröpfchengrößen < 0,1 μm; sie sind transparent und haben eine geringereViskosität Emulsionaufgrund minimaler Tröpfcheninteraktion.
- NanoemulsionenTröpfchengrößen 10–100 nm; sie bieten ein ausgewogenes Verhältnis von Stabilität und Viskosität und werden daher häufig in Hochleistungskosmetika und Pharmazeutika eingesetzt.
Nach Tropfengröße
Emulsionsverarbeitungsverfahren – Wie werden Emulsionen hergestellt?
Die Emulsionsherstellung ist ein mehrstufiger Prozess, bei dem jede Stufe das Endergebnis beeinflusst.EmulsionsviskositätEine konsistente Verarbeitung ist nur mit Viskositätsrückmeldung in Echtzeit möglich. Der typische Arbeitsablauf umfasst:
Vorverarbeitung
- RohmaterialvorbereitungÖl, Wasser und Emulgatoren werden abgemessen und auf eine Zieltemperatur (üblicherweise 50–80 °C) erhitzt, um die Viskosität zu reduzieren und die Mischbarkeit zu verbessern. Temperaturschwankungen können hierbei zu frühzeitigen Viskositätsänderungen führen, daher ist die Kombination von Öl, Wasser und Emulgatoren wichtig.Viskosität EmulsionEin Monitor mit Temperatursensor ist unerlässlich.
- Entlüftung: Entfernen Sie Luftblasen aus den Rohstoffen, da eingeschlossene Luft die gemessene Viskosität verringert und zu ungenauen Messwerten (und damit zu einer schlechten Qualitätskontrolle) führt.
Emulgierung (Kernphase)
Dieser Schritt zerstäubt die dispergierte Phase in winzige Tröpfchen und vermischt sie mit der kontinuierlichen Phase – dem Hauptfaktor für die endgültigeViskosität von Öl-Wasser-Emulsionen:
- Hochgeschwindigkeits-Schermischung: Nutzt Rotor-Stator-Mischer zur Erzeugung intensiver Scherkräfte; höhere Schergeschwindigkeiten verringern die Tröpfchengröße und erhöhen die Viskosität (bis zu einem gewissen Punkt, nach dem weitere Scherkräfte nur noch einen minimalen Effekt haben).
- Homogenisierung: Verwendet Hochdruckhomogenisatoren (10–100 MPa) zur Erzeugung gleichmäßiger Tröpfchen; dieser Schritt ist in der Milch- und Pharmaindustrie üblich, wo eine gleichbleibende Tröpfchenbildung erforderlich ist.Emulsionsviskositätist nicht verhandelbar.
- Ultraschallemulgierung: Nutzt Schallwellen, um Tröpfchen aufzubrechen; ideal für Nanoemulsionen, bei denen eine präzise Viskositätskontrolle die Aggregation der Tröpfchen verhindert.
- KühlungSenken Sie die Temperatur der Emulsion auf Raumtemperatur oder Lagertemperatur; die Viskosität nimmt beim Abkühlen der Emulsion oft zu, daher stellt die Inline-Überwachung sicher, dass sie innerhalb der Spezifikationen bleibt.
- Zusatzstoffeinarbeit: Konservierungsstoffe, Duftstoffe oder Wirkstoffe hinzufügen; diese können die Viskosität verändern (z. B. erhöhen Verdickungsmittel die Viskosität).Viskosität Emulsion), was sofortige Anpassungen erfordert.
- Filtration: Große Partikel oder nicht emulgierte Tröpfchen entfernen; ein plötzlicher Viskositätsabfall kann hier auf eine Verstopfung des Filters oder eine Phasentrennung hinweisen.
Nachbearbeitung
Grundlagen der Emulsionsstabilität
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Herausforderungen bei der Viskositätsbestimmung kontinuierlicher Emulsionen
Für Verfahrenstechniker und technische Experten ist kontinuierlicheEmulsionsviskositätDie Überwachung steht vor besonderen Herausforderungen, die mit herkömmlichen Methoden (z. B. Offline-Viskosimetern, Glaskapillarröhrchen) nicht bewältigt werden können. Zu diesen Herausforderungen gehören:
- Verzögerungszeit bei Offline-TestsOffline-Methoden erfordern die Probenahme, den Transport und die Analyse von Proben – ein Prozess, der 15–60 Minuten dauert. In der kontinuierlichen Produktion bedeutet diese Verzögerung, dass Viskositätsprobleme zu spät erkannt werden, um ganze Chargen zu retten, was zu kostspieligen Ausschuss führt.
- AbtastverzerrungBei der Probenahme aus der Produktionslinie,Viskosität von Öl-Wasser-EmulsionenÄnderungen aufgrund von Temperaturverlust, Scherratenreduktion oder Tropfenkoaleszenz. Die im Labor gemessene Viskosität spiegelt daher nicht die tatsächliche Viskosität im Prozess wider, was zu falschen Prozessanpassungen führt.
- Harte ProduktionsbedingungenDie Herstellung von Emulsionen ist häufig mit hohen Temperaturen (unter 450 °C, gemäß gängigen Industriespezifikationen), hohen Drücken (in einigen Fällen über 10 MPa) und korrosiven Inhaltsstoffen (z. B. sauren Wasserphasen) verbunden. Herkömmliche Sensoren versagen hier schnell, da sie keinen robusten Schutz oder keine ausreichende Materialverträglichkeit aufweisen.
- Verhalten nicht-newtonscher FluideDie meisten Emulsionen sind nicht-Newtonsch – ihreViskosität EmulsionDie Viskosität ändert sich mit der Scherrate (z. B. werden scherverdünnende Emulsionen mit zunehmender Scherung dünner). Offline-Viskosimeter messen bei festen Scherraten und können daher die dynamischen Viskositätsänderungen, die in Pumpen, Mischern oder Rohrleitungen auftreten, nicht erfassen.
- Sensorwartung und VerschmutzungEmulsionen können Rückstände auf Sensoroberflächen hinterlassen, insbesondere wenn sie Feststoffe enthalten (z. B. partikelhaltige Kosmetika). Diese Ablagerungen verfälschen mit der Zeit die Messwerte, und Sensoren, die häufig zur Reinigung demontiert werden müssen, stören die Produktion.
Lonnmeter Vibrationsviskosimeter – Die Inline-Lösung für Emulsionsviskosität
Um die oben genannten Herausforderungen zu bewältigen,Lonnmeter Inline-Prozessviskosimeterist speziell für den kontinuierlichen Einsatz konzipiert.EmulsionsviskositätÜberwachung. Es ist die erste Wahl für Emulsionshersteller, da es robuste Leistung, emulsionsspezifische Anpassungsfähigkeit und Echtzeit-Steuerungsfunktionen vereint – entscheidend für Produktionsmanagement-Teams, die sich auf messbare Verbesserungen konzentrieren.
Schlüsselparameter (Zuschnitt für die Emulsionsherstellung)
Die Spezifikationen des Lonnmeters lösen direkt die Herausforderungen der Emulsionsviskositätsüberwachung und gewährleisten Genauigkeit und Zuverlässigkeit auch unter rauen oder dynamischen Bedingungen:
| Parameter | Spezifikation | Warum das für Emulsionen wichtig ist |
| Viskositätsbereich | 1 – 1.000.000 cP | Umfasst allesEmulsionstypen(von niedrigviskosen Mikroemulsionen bis hin zu hochviskosen W/O-Cremes). |
| Genauigkeit | ±3,0 % | GewährleistetEmulsionsviskositätbleibt innerhalb enger Qualitätsvorgaben (z. B. ±5 % für pharmazeutische Emulsionen). |
| Wiederholbarkeit | ±1% | Eliminiert inkonsistente Messwerte, die durch Schwankungen der Emulsionströpfchen verursacht werden. |
| Temperaturbeständigkeit | < 450 °C | Hält Hochtemperatur-Emulgierprozessen stand (z. B. bei der Herstellung von Industrieschmierstoffen). |
| Sensordruckbereich | < 6,4 MPa (angepasst für >10 MPa) | Passt sich an Hochdruckhomogenisierungsanlagen an, woViskosität von Öl-Wasser-Emulsionenist von entscheidender Bedeutung. |
| Material | Edelstahl 316 (Standard) | Beständig gegen Korrosion durch saure oder alkalische Emulsionsphasen und verhindert so die Degradation des Sensors. |
| Schutzstufe | IP68 (Sensor) / IP67 (Elektronik) | Schützt vor Wasser, Staub und Emulsionsspritzern in unsauberen Produktionsumgebungen. |
| Explosionsgeschützter Standard | ExdIIBT4 | Sicher für den Einsatz in petrochemischen oder lösungsmittelbasierten Emulsionsanlagen (z. B. Ölfeld-Emulgatoren). |
| Signalantwortzeit | 5s | Erfasst schnelle Viskositätsänderungen (z. B. bei der Zugabe von Emulgatoren) und löst sofortige Anpassungen aus. |
| Ausgabe | 4 – 20 mADC (Viskosität/Temperatur) + Modbus | Lässt sich in SPS- oder SCADA-Systeme zur automatisierten Prozesssteuerung und Datenprotokollierung integrieren. |
Funktionsprinzip – Konzipiert für das Fließverhalten von Emulsionen
Das Funktionsprinzip des Lonnmeters berücksichtigt die nicht-Newtonsche und dynamische Natur von Emulsionen und gewährleistet so eine genaue Messung.Viskosität EmulsionAblesungen ohne Produktionsunterbrechung:
- Der konische Sensor des Viskosimeters oszilliert axial mit einer festen Frequenz. Wenn Emulsion über den Sensor fließt, wird die Flüssigkeit geschert – dies simuliert die Scherraten, die in realen Produktionslinien (z. B. Pumpen, Mischern) auftreten.
- Veränderungen inEmulsionsviskositätDie während der Schwingung verlorene Energie wird verändert: Eine höhere Viskosität erzeugt einen größeren Widerstand und damit einen höheren Energieverlust; eine niedrigere Viskosität verringert den Widerstand.
- Die elektronische Schaltung des Sensors erfasst diesen Energieverlust, wandelt ihn in einen Viskositätswert um und überträgt die Daten in Echtzeit (über 4–20 mADC oder Modbus).
- Im Gegensatz zu herkömmlichen Viskosimetern besitzt es keine beweglichen Teile, Dichtungen oder Lager. Diese Konstruktion verhindert Ablagerungen durch Emulsionsrückstände (da keine Spalten vorhanden sind, in denen sich Ablagerungen bilden können) und reduziert den Wartungsaufwand – ein entscheidender Vorteil für die kontinuierliche Produktion rund um die Uhr.
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Vorteile des Inline-Emulsionsviskosimeters (Lonnmeter) für Emulsionshersteller
Für Abteilungen und Ingenieure im Bereich Prozessoptimierung bietet das Lonnmeter greifbare, messbare Vorteile, die Qualität, Effizienz und Wirtschaftlichkeit direkt verbessern – alles basierend auf präziser Datenerfassung.EmulsionsviskositätKontrolle:
Emulsionsspezifische Anpassungsfähigkeit
- Verarbeitet nicht-newtonsche FlüssigkeitenDurch Scherung der Emulsion mit konstanten Scherraten liefert es genaue Ergebnisse.Viskosität von Öl-Wasser-EmulsionenMesswerte, die realen Produktionsbedingungen entsprechen – nicht nur Laborbedingungen.
- Widersteht rauen Bedingungen: Dank Edelstahl 316, Schutzart IP68 und hoher Temperatur-/Druckbeständigkeit arbeitet es zuverlässig in allen Umgebungen der Emulsionsherstellung, von der Lebensmittelverarbeitung (CIP-Anforderungen) bis hin zur Petrochemie (explosionsgefährdete Bereiche).
- Eliminiert ChargenabfallDie sofortige Viskositätsmessung ermöglicht es den Bedienern, Parameter (z. B. Emulgatordosierung, Scherrate) innerhalb von Sekunden anzupassen – bevor eine nicht konforme Emulsion entsteht.
- Gewährleistet KonsistenzEine Wiederholgenauigkeit von ±1 % bedeutet, dass jede Charge die gleichen Eigenschaften aufweist.Viskosität EmulsionDadurch werden Kundenbeschwerden und Nacharbeiten reduziert.
- Reduziert manuelle Arbeit: Keine manuelle Probenahme oder Laboranalyse mehr – dadurch werden die Techniker für höherwertige Aufgaben frei.
- Automatisiert Prozessanpassungen: Integriert sich in SPS-Systeme, um Parameter automatisch anzupassen (z. B. den Homogenisatordruck erhöhen, wenn die Viskosität sinkt) – wodurch menschliche Fehler minimiert und eine 24/7-Konsistenz gewährleistet wird.
- Protokolle Viskositätsdaten: Modbus-Ausgabe speichertEmulsionsviskositätund Temperaturdaten, die für die Einhaltung gesetzlicher Vorschriften (z. B. FDA-Anforderungen an pharmazeutische Emulsionen) oder für die Ursachenanalyse (z. B. die Ermittlung, warum die Viskosität in der letzten Schicht sprunghaft angestiegen ist) von entscheidender Bedeutung sind.
- Löst Alarme ausSofortige Alarme machen die Bediener auf eine Viskosität außerhalb der Spezifikation aufmerksam und verhindern so kostspielige Ausfallzeiten oder Chargenfehler.
Echtzeit-Qualitätskontrolle
Betriebliche Effizienz
Datenrückverfolgbarkeit und Compliance
Wenn Ihr Emulsionsherstellungsteam bereit ist, von reaktiv auf proaktiv umzustellenEmulsionsviskositätKontrolle – und Abfall reduzieren, Qualität verbessern und Effizienz steigern – ist es an der Zeit, ein Angebot für den Lonnmeter In-Line-Sensor anzufordern.EmulsionsviskosimeterFordern Sie noch heute Ihr Angebot an, um Ihre Qualitätskontrolle für Emulsionsformulierungen zu optimieren – und eine gleichbleibende Qualität zu erzielen.Viskosität von Öl-Wasser-EmulsionenIhre Kunden erwarten das.
