التفتيت بالموجات فوق الصوتية: الترطيب والإذابة والتشتيت
تُستخدم المكاملات بالموجات فوق الصوتية على نطاق واسع لترطيب الجسيمات والمساحيق أو تشتيتها أو إذابتها في السوائل. تُولّد أجهزة المعالجة بالموجات فوق الصوتية عالية الأداء قوى قص شديدة، تُكسّر التجمعات والتكتلات والجسيمات الأولية وتفتتها إلى أحجام مجهرية أو نانوية. وتؤدي المعالجة المنتظمة للجسيمات في مجال التجويف الصوتي إلى توزيع ضيق للجسيمات وسطح منتظم لها.
أجهزة التفتيت بالموجات فوق الصوتية وتطبيقاتها
تُولّد أجهزة التفتيت بالموجات فوق الصوتية قوى قص شديدة، تُحدث التأثير المطلوب في المواد الصلبة مثل الجسيمات والبلورات والألياف لتفكيكها وتفتيتها إلى الحجم المستهدف، مثل الحجم الميكروني أو النانوي. وبالمقارنة مع طرق التفتيت البديلة، مثل الخلاطات ذات الشفرات عالية القص، والمجانسات عالية الضغط، ومطاحن الخرز، وأجهزة الموائع الدقيقة وغيرها، توفر أجهزة التفتيت بالموجات فوق الصوتية بعض المزايا الرئيسية.
مزايا أجهزة التفتيت بالموجات فوق الصوتية
- تجويف وقص عاليَا الشدة
- معالجة منتظمة للجسيمات
- تركيزات عالية من المواد الصلبة
- بلا فوهات / بلا انسداد
- لا حاجة إلى وسط طحن (مثل الخرز)
- قابلية خطية للتوسع
- تشغيل سهل وآمن
- سهولة التنظيف
- كفاءة في استهلاك الوقت والطاقة
مفاعلات بالموجات فوق الصوتية ذات تدفق مستمر للإنتاج الصناعي لمعلقات الجسيمات النانوية ضمن خط الإنتاج.
تزيد الاضطرابات الشديدة الناتجة عن المعالجة بالموجات فوق الصوتية انتقال الكتلة بين الأطوار، وبذلك تعزز إذابة المساحيق أو التفاعلات الكيميائية غير المتجانسة. وهذا يجعل أجهزة التفتيت بالموجات فوق الصوتية الأداة المفضلة لتكثيف عمليات مثل الطحن والتشتيت والاستحلاب والإذابة.
اقرأ المزيد عن تكثيف التفاعلات الكيميائية بالموجات فوق الصوتية (الكيمياء الصوتية)!
تطبيقات أجهزة التفتيت بالموجات فوق الصوتية
- الطحن والسحق
- تفكيك التكتلات والتشتيت
- الاستحلاب
- إذابة المساحيق
- تحسين انتقال الكتلة
- التفاعلات الكيميائية الصوتية
أجهزة التفتيت بالموجات فوق الصوتية لتقليل حجم الجسيمات
تُستخدم أجهزة التفتيت بالموجات فوق الصوتية لتقليل حجم الجسيمات وتوزيعها، سواء كان ذلك يعني التفتيت الفعلي للجسيمات الأولية (ويُسمى الطحن) أو تفكيك التكتلات (ويُسمى تفكيك التكتلات / التشتيت).
توزيع أحجام الجسيمات وصور المجهر الإلكتروني الماسح (SEM) لمركب Mg2Si قبل الطحن بالموجات فوق الصوتية (UM) وبعده. (a) توزيع أحجام الجسيمات؛ (b) صورة بالمجهر الإلكتروني الماسح قبل الطحن بالموجات فوق الصوتية؛ (c) صورة بالمجهر الإلكتروني الماسح بعد الطحن بالموجات فوق الصوتية في 50% PVP–50% EtOH لمدة 2 h.
المصدر: Marquez-Garcia et al. 2015
أجهزة التفتيت بالموجات فوق الصوتية للطحن والسحق
يُولّد التجويف الناتج عن الموجات فوق الصوتية قوى قص شديدة وما يرتبط بها من تصادمات بين الجسيمات. وتعمل المواد الصلبة في المعلق كوسط للطحن (على غرار الخرز أو الحبيبات في مطحنة الخرز / الحبيبات): إذ تُسرّعها التيارات السائلة الناشئة عن التجويف، والتي تصل بسهولة إلى سرعات تبلغ 180m/s. وعندما تصطدم الجسيمات بعضها ببعض بهذه السرعة الهائلة، تتكسر وتتهشم إلى شظايا بأحجام ميكرونية ونانوية. ويمكن لأجهزة التفتيت بالموجات فوق الصوتية حتى تكسير الجسيمات الأولية. وتضمن مفاعلات خلايا التدفق بالموجات فوق الصوتية معالجة منتظمة لجميع الجسيمات، بحيث ينتج عن الطحن بالموجات فوق الصوتية توزيع ضيق لأحجام الجسيمات.
انقر هنا لمعرفة المزيد عن الطحن بالموجات فوق الصوتية!
أجهزة التفتيت بالموجات فوق الصوتية لتفكيك التكتلات والتشتيت
يمكن التحكم في معلمات العملية بالموجات فوق الصوتية بدقة عالية جدًا، بحيث تتمكن أجهزة التفتيت بالموجات فوق الصوتية من طحن الجسيمات الأولية عند تطبيق سعات اهتزاز عالية وضغط مرتفع. ومن جهة أخرى، يمكن أيضًا تشغيل أنظمة التفتيت بالموجات فوق الصوتية بسعات اهتزاز أقل وظروف ألطف، بحيث تبقى بنية الجسيمات وأسْطحها سليمة، بينما تُفكك التكتلات وتُوزع الجسيمات المنفردة بانتظام في المعلق.
انقر هنا لمعرفة المزيد عن تفكيك التكتلات والتشتيت بالموجات فوق الصوتية!
أجهزة التفتيت بالموجات فوق الصوتية للاستحلاب
عند معالجة سائلين غير قابلين للامتزاج (مثل الماء والزيت) بالموجات فوق الصوتية، يُفتت التجويف فوق الصوتي القطرات – مُنتجًا قطرات صغيرة جدًا من الطورين غير القابلين للامتزاج، ثم تُخلط هذه القطرات معًا. ولأن أجهزة التفتيت بالموجات فوق الصوتية تُنتج بسهولة قطرات بأحجام نانوية، فإن المستحلبات المُثبّتة المحضّرة بالموجات فوق الصوتية تُظهر ثباتًا طويل الأمد ومظهرًا صافيًا وشفافًا.
انقر هنا لقراءة المزيد عن الاستحلاب النانوي بالموجات فوق الصوتية!
أجهزة التفتيت بالموجات فوق الصوتية للإذابة
تُستخدم أجهزة التفتيت بالموجات فوق الصوتية لإذابة المساحيق والأقراص بإجراء سريع وسهل وآمن. ويؤدي التجويف الناتج عن الموجات فوق الصوتية إلى تآكل سطح المواد الصلبة ونقل الأجزاء المتآكلة إلى السائل، مما يُنتج محلولًا متجانسًا.
في صناعة المستحضرات الصيدلانية، تُعد إذابة الأقراص مهمة يومية، مثلًا لأغراض التحليل. وعندما تتعرض الأقراص لوسط مائي، يذوب القرص ببطء في عملية تستغرق وقتًا طويلًا جدًا. وحتى عند استخدام مقلب تقليدي أو محرض ذي شفرات، تظل الإذابة الكاملة للأقراص مستهلكة للوقت. ويفصل التجويف فوق الصوتي وقوى القص شديدة القوة على نحو استثنائي الجسيمات عن القرص وينقلانها إلى سائل التخفيف، مما يُبقي انتقال الكتلة بين سطح القرص وسائل التخفيف الجديد غير المشبع مستمرًا. وهذا يجعل الإذابة بالموجات فوق الصوتية عملية سريعة وفعالة للغاية، تساعد على تسريع ذوبان الأدوية.
انقر هنا لقراءة المزيد عن الإذابة بالموجات فوق الصوتية!
كيف يعمل جهاز التفتيت الميكانيكي؟
تستخدم أجهزة التفتيت المختبرية بالموجات فوق الصوتية المبدأ الميكانيكي نفسه الذي تستخدمه أجهزة التفتيت الصناعية. وتُفكك أنظمة الخلط بأجهزة التفتيت التكتلات والتجمعات، أو تُذيب المواد الصلبة، أو تُشتت الجسيمات الصلبة في الخلطات السائلة. ويستخدم التفتيت بالموجات فوق الصوتية مسبارًا فوق صوتي عالي الشدة في خزان للمعالجة على دفعات أو في مفاعل خلية تدفق ضمن خط الإنتاج. ويهتز مسبار جهاز التفتيت بالموجات فوق الصوتية (السونوترود) في السائل بتردد عالٍ جدًا، ويُنشئ تجويفًا فوق صوتي شديدًا في السائل. ويؤدي انهيار كل فقاعة تجويف إلى قوى قص قوية تُفكك التكتلات والتجمعات وحتى الجسيمات الأولية. كما يُنتج التجويف فوق الصوتي تدفقات عالية السرعة ناجمة عن التجويف تصل إلى 1000km/h. وتصطدم النفاثات السائلة الناجمة عن التجويف بتكتلات الجسيمات، وتمزق جدران الخلايا، وتحسن انتقال المادة داخل المعلق، وتُشتت المواد الصلبة في كامل حجم السائل. وفي مجال التجويف فوق الصوتي، تتناوب الضغوط بسرعة وبشكل متكرر بين الفراغ وضغط يصل إلى 1000bar. ويحتاج خلاط دوار ذو 4 شفرات خلط إلى العمل بسرعة مذهلة تبلغ 300,000 RPM لتحقيق التردد نفسه لدورات الضغط المتناوبة. ولا تُنتج الخلاطات الدوارة التقليدية وخلاطات الجزء الدوار والجزء الثابت مقدارًا كبيرًا من التجويف بسبب محدودية سرعتها.
هل تهتم بتخليق الجسيمات النانوية من أسفل إلى أعلى؟ – انقر هنا لقراءة المزيد!
جهاز التفتيت بالموجات فوق الصوتية UIP2000hdT لتشتيت الجسيمات في مفاعل من الفولاذ المقاوم للصدأ
أجهزة التفتيت المختبرية بالموجات فوق الصوتية
تُعد أجهزة الموجات فوق الصوتية من نوع المسبار أداة مفيدة جدًا في كل مختبر. والمسبار فوق الصوتي (المعروف أيضًا باسم السونوترود) عبارة عن قضيب من التيتانيوم بسيط الشكل الهندسي وسهل التنظيف، يعمل على اقتران الاهتزازات فوق الصوتية بالسائل. وتصنع Hielscher مسابير فوق صوتية وأطرافًا بمجموعة واسعة من الأحجام. ولأكثر عمليات تفتيت المواد الصلبة شيوعًا في المختبر، تُعد المسابير فوق الصوتية التي يبلغ قطر طرفها 3 أو 7 أو 14 أو 22mm مفيدة جدًا. وتتوفر أحجام أخرى للمسابير ومسابير فوق صوتية بأحجام مخصصة. وتتراوح القدرة فوق الصوتية للأجهزة المعتادة المستخدمة في التفتيت المختبري من 100 إلى 400 واط.
أجهزة التفتيت الصناعية بالموجات فوق الصوتية
أجهزة التفتيت الصناعية من Hielscher هي أجهزة معالجة بالموجات فوق الصوتية عالية القدرة، مصممة للتفتيت المستمر في ظروف العمل الشاق لتدفقات كبيرة من المعلقات. ويمكن لهذه الأنظمة الصناعية التعامل بسهولة مع التركيزات العالية من المواد الصلبة. وتُجهز المسابير فوق الصوتية الصناعية بشفة يمكن تركيبها على خزانات فولاذية أو مفاعلات زجاجية أو حاويات بلاستيكية بأي اتجاه. ويؤدي رفع الضغط في وعاء المعالجة بالموجات فوق الصوتية أو خلية التدفق إلى تكثيف التجويف الصوتي، ومن ثم عملية المعالجة بالموجات فوق الصوتية. وتتراوح القدرة فوق الصوتية لمعدات التفتيت الصناعية المعتادة بالموجات فوق الصوتية من 1000 إلى 16,000 واط لكل سونوترود.
الصناعات التي يُستخدم فيها التفتيت بالموجات فوق الصوتية على نطاق واسع:
- تشتيت التركيبات الصلبة / السائلة وإذابتها وخلطها
- علم المواد
- تحضير العينات قبل التحليل
- تطبيقات الجسيمات النانوية
- التعديل الوظيفي للجسيمات
- تفاعلات انتقال الطور
- التبلور / الترسيب
- معالجة الأغذية
- صناعة الورق
- هضم الكتلة الحيوية
كيف تشتري جهاز التفتيت المناسب بالموجات فوق الصوتية؟
تتمتع Hielscher Ultrasonics بخبرة طويلة في تصنيع أجهزة التفتيت عالية الأداء بالموجات فوق الصوتية، التي تُستخدم لتشتيت الجسيمات وتكسيرها أو لإذابة المساحيق في السوائل. وبصفتها رائدة في السوق، تصمم Hielscher أجهزة التفتيت والمجانسات بالموجات فوق الصوتية وتصنعها وتوزعها، بدءًا من الأجهزة المختبرية والأجهزة الموضوعة على طاولة العمل وصولًا إلى النطاق الصناعي الكامل.
نساعدك على الإجابة عن الأسئلة التالية للعثور على جهاز التفتيت بالموجات فوق الصوتية الأنسب لتطبيقك واحتياجاتك:
- ما التطبيق الذي تستهدفه؟
- ما الحجم المعتاد الذي يجب معالجته؟
- ما العوامل الحاسمة في العملية؟
- ما معايير الجودة التي يجب تحقيقها؟
سيساعدك موظفونا المدربون جيدًا وذوو الخبرة في الإجابة عن أي أسئلة وفي وضع تصور لعمليتك. وتقدم Hielscher Ultrasonics استشارات متعمقة بشأن العمليات بالموجات فوق الصوتية لمساعدة عملائنا على العثور على الجهاز الأمثل بالموجات فوق الصوتية. ولا تنتهي خدمة Hielscher عند هذا الحد، إذ ندرب العملاء في منشآتهم أو في مختبرنا للعمليات بالموجات فوق الصوتية ومركزنا التقني، لمساعدتهم خلال تطوير العمليات وتحسينها وتوسيع نطاقها.
توفر أجهزة المعالجة الصناعية بالموجات فوق الصوتية من Hielscher Ultrasonics بسهولة سعات اهتزاز عالية جدًا، وهي مطلوبة لتكسير الجسيمات الصلبة والتكتلات أو لمعالجة المعلقات ذات التركيز العالي من المواد الصلبة. ويمكن تشغيل أجهزة التفتيت الصناعية من Hielscher بسعات اهتزاز تصل إلى 200µm باستمرار في تشغيل 24/7. وللحصول على سعات اهتزاز أعلى، تتوفر سونوترودات فوق صوتية مخصصة. كما تتوفر بسهولة ملحقات إضافية، مثل أبواق تعزيز السعة وخلايا التدفق ومفاعلات المعالجة بالموجات فوق الصوتية وتجهيزات إعادة التدوير الكاملة، وتتيح تهيئة نظامك بالموجات فوق الصوتية وفق متطلبات عمليتك.
أجهزة متطورة للتفتيت والإذابة بالموجات فوق الصوتية
تركز Hielscher Ultrasonics على أجهزة التفتيت عالية الأداء التي تجمع بين أعلى مستويات سهولة الاستخدام وأحدث التطورات التقنية. وهذا يعني أن معايير أجهزة التفتيت المختبرية من Hielscher تقترب بصورة متزايدة من مستوى ذكاء الآلات الصناعية. ويمكن للمستخدم التحكم عن بُعد في أجهزة المعالجة الرقمية بالموجات فوق الصوتية من Hielscher عبر المتصفح. ويُسجل برنامج التسجيل التلقائي للبيانات جميع معلمات الموجات فوق الصوتية المهمة، مثل القدرة الصافية والقدرة الإجمالية وسعة الاهتزاز ودرجة الحرارة والضغط والوقت والتاريخ، في ملف CSV على بطاقة SD مدمجة. وعلاوة على ذلك، يمكن برمجة جهاز التفتيت بالموجات فوق الصوتية ليتوقف تلقائيًا بعد مدة محددة أو بعد إدخال مقدار محدد من الطاقة، أو ليتبع أنماط معالجة نبضية بالموجات فوق الصوتية. وتتيح مستشعرات درجة الحرارة والضغط القابلة للتوصيل تتبع ظروف العينة بعناية. ولأن التحكم في درجة حرارة المواد الحساسة للحرارة عامل حاسم في جودة نتائج العملية، تقدم Hielscher حلولًا متنوعة للحفاظ على درجة حرارة العملية ضمن النطاق المستهدف.
تضمن الوظائف المتطورة لأجهزة المعالجة بالموجات فوق الصوتية من Hielscher أعلى مستويات التحكم في العملية، ونتائج معالجة بالموجات فوق الصوتية موثوقة وقابلة للتكرار، وسهولة الاستخدام وراحة العمل.
يمكن لأجهزة المعالجة الصناعية بالموجات فوق الصوتية من Hielscher Ultrasonics توفير سعات اهتزاز عالية جدًا. ويمكن التشغيل بسهولة وباستمرار بسعات اهتزاز تصل إلى 200µm في تشغيل 24/7. وللحصول على سعات اهتزاز أعلى، تتوفر سونوترودات فوق صوتية مخصصة. وتتيح القدرة على التشغيل بهذه السعات العالية لعملائنا طحن الجسيمات الأولية بكفاءة إلى أحجام نانوية. وتسمح متانة معدات Hielscher بالموجات فوق الصوتية بالتشغيل 24/7 في ظروف العمل الشاق والبيئات الصعبة.
اقرأ المزيد عن الإذابة وأجهزة الإذابة بالموجات فوق الصوتية!
الجودة – صُنع في ألمانيا
بصفتها شركة تملكها وتديرها عائلة، تفخر Hielscher بالجودة العالية لأجهزة المعالجة بالموجات فوق الصوتية التي تنتجها. وتُصمم جميع أجهزة المعالجة بالموجات فوق الصوتية وتُصنع وتُختبر في مقرنا الرئيسي في تلتو بالقرب من برلين، ألمانيا. وتسمح متانة معدات Hielscher بالموجات فوق الصوتية بالتشغيل 24/7 في ظروف العمل الشاق والبيئات الصعبة.
يمكنك شراء أجهزة التفتيت بالموجات فوق الصوتية من Hielscher بجميع الأحجام المختلفة، وتوفر مجموعة الأسعار جهاز معالجة بالموجات فوق الصوتية بسعر مناسب لميزانيتك. من تفتيت الجسيمات في قوارير مختبرية صغيرة إلى تفتيت المعلقات بتدفق مستمر في الإنتاج الصناعي، لدى Hielscher Ultrasonics جهاز تفتيت مناسب لك! يُرجى الاتصال بنا – يسعدنا أن نوصي لك بجهاز المعالجة بالموجات فوق الصوتية الأنسب!
يعطيك الجدول أدناه فكرة عن قدرة المعالجة التقريبية لأجهزة المعالجة بالموجات فوق الصوتية لدينا:
| حجم الدفعة | معدل التدفق | الأجهزة الموصى بها |
|---|---|---|
| 1 إلى 500mL | 10 إلى 200mL/min | UP100H |
| 10 إلى 2000mL | 20 إلى 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 إلى 20L | 0.2 إلى 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 إلى 100L | 2 إلى 10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 إلى 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | أكبر | مجموعة من UIP16000 |
اتصل بنا! / اسألنا!
المؤلفات / المراجع
- Pohl M.; Schubert H. (2004): Dispersion and deagglomeration of nanoparticles in aqueous solutions. International Congress for Particle Technology PARTEC 2004; Nuremberg, Germany.
- Thomas Leong, Muthupandian Ashokkumar, Sandra Kentish(2011): The Fundamentals of Power Ultrasound. – A Review. Acoustics Australia, 54 – Vol. 39 August 2011.
- Karl A. Kusters, Sotiris E. Pratsinis, Steven G. Thoma, Douglas M. Smith (1994): Energy-size reduction laws for ultrasonic fragmentation. Powder Technology, Volume 80, Issue 3, September 1994. 253-263.
- Renata Tomczak-Wandzel, Svetlana Ofverstrom, Regimantas Dauknys, Krystyna Mędrzycka (2011): Effect of Disintegration Pretreatment of Sewage Sludge for Enhanced Anaerobic Digestion. ENVIRONMENTAL ENGINEERING The 8th International Conference May 19–20, 2011, Vilnius, Lithuania.