プロセスエンジニアリング・コンサルティング

均質化技術とローター・ステーター方式

均質化技術で広く用いられている方式の一つが、 P. Willems教授によるローター・ステーター方式です。ローターとステーターの種類と回転数によって、分散結果が決まります。ローター・ステーター方式は、エマルションやサスペンション(懸濁液)を製造するあらゆる混合・均質化設備の心臓部です。

ローター・ステーター方式の仕組み

  1. 1吸引製品はローター・ステーターの中心部へ吸い込まれます。
  2. 2加速高速回転するローターが、遠心力によって製品を外側へ加速します。
  3. 3せん断製品は歯列リングで強く加速され、せん断ギャップでほぼ0まで減速されます。
  4. 4微細化高周波のせん断力により、最適な分散効果と乳化効果が得られます。

安定したエマルションには、液滴の総表面積をできるだけ大きくする必要があります。これは、非常に微細な液滴と適切な乳化剤によってのみ実現できます(例:O/W型またはW/O型エマルション)。

均質化技術の用途

乳化

安定して混ざり合わない2つの液体を混合します。疎水性の相(例:油)と親水性の相(例:水)を持続的に混ぜ合わせます。

乳化剤がない場合、エマルションは相分離を起こしやすくなります。エマルションにとって最も重要な特性は安定性です。

懸濁

不溶性の固形分を液体中に分散させます。多くの場合、強い乱流と特殊なローター形状を用います。対象の例:有効成分または色材粒子。

医薬品分野では、この方法で懸濁液をゲルや油性軟膏に均一に混ぜ込み、沈降を防ぎます。

溶解

物質を液体に溶解させる際には、効率的な製造時間を実現するため、通常は強い乱流が必要です。

解砕(脱凝集)

乾燥した粒子(例:粉体)を液体中に投入し、微細化します。乾燥粉体はダマになりやすい性質があります。

凝集塊は分散の工程で機械的に粉砕され、濡れの際にできるだけ大きな表面積が得られます。

微細度を左右する要素:形状、せん断ギャップ、周速

エマルション、サスペンション、溶液、解砕のいずれの場合も、ホモジナイザーで得られる結果の微細度は次の3つの要素で決まります:

適切な形状製品の粘度とデリケートさに応じて決まります。重要なのは、吸引特性、歯数と歯列数、歯間ギャップの大きさです。
せん断ギャップローターとステーターの間隔によって、製品にかかるせん断の強さが決まります。
周速周速(m/s)が高いほど、形状やせん断ギャップとの相互作用により、分散効果は大きくなります。

最適な分散効果を得るには、ローター・ステーターの形状設計が決定的に重要です。長年の経験に基づき、 SEEFRIED Verfahrenstechnik GmbH がお客様の用途に最適な分散システムを設計いたします。

発明者のノウハウを活かしたローター・ステーター技術

当社のローター・ステーター方式に関する知見は、家族の歴史に根ざしています。当社創業者André Seefriedの父であるErwin Seefriedは、1978年以来、ホモジナイザーに関する特許に発明者として名を連ねています。その内容には、ローター・ステーターの歯列構造、ラビリンス歯列を備えた分散ローター、ローター上の保護装置、ローターアイへの直接供給などが含まれます。現在、この経験をホモジナイザーの設計、最適化、修理に活かしています。特許一覧へ →

均質化技術に関するよくあるご質問

ローター・ステーター式ホモジナイザーはどのように機能しますか?

ローターは、歯列を持つステーターに沿って高速で回転します。製品は中心部から吸い込まれ、外側へ加速された後、歯列間のせん断ギャップで急激に減速されます。このとき生じるせん断力が液滴や粒子を微細化し、最適な分散・乳化効果をもたらします。

エマルションやサスペンションの微細度は何で決まりますか?

決め手となるのは、ローター・ステーターの形状(歯数と歯列数、歯間ギャップの大きさ)、せん断ギャップの大きさ、周速です。いずれも製品の粘度とデリケートさに合わせて調整します。

乳化と懸濁の違いは何ですか?

乳化では、油と水のように安定して混ざり合わない2つの液体を、多くの場合乳化剤を用いて持続的に混合します。懸濁では、不溶性の固形分を液体中に均一に分散させます。

最適なホモジナイザーの選定をサポートしてもらえますか?

はい。長年の経験に基づき、お客様の製品とプロセス要件に適したローター・ステーター方式を設計いたします。

均質化プロセスの計画・最適化をお考えですか?

最適なローター・ステーター方式の設計と選定をサポートいたします。電話:+49 4203 789492、メール:info@s-vt.net。