Homogenizatorlar – iş prinsipi, istifadə və miqyasın artırılması

Homogenizatorlar maye-maye və bərk-maye sistemlərini qarışdırmaq, emulsiya halına gətirmək, dispersləşdirmək və həll etmək üçün mexaniki qüvvələr tətbiq edən qarışdırıcı növüdür. Homogenizatorun modelindən asılı olaraq, bərk hissəcikləri və maye damcılarını parçalamaq və xırdalamaq üçün tələb olunan qüvvələri yaratmaq məqsədilə fırlanma nəticəsində yaranan kəsilmədən, ucluqlardan və ya yüksək güclü ultrasəsdən istifadə olunur. Homogenizator cihazları və onların tədqiqat və istehsalda tətbiqləri haqqında daha çox məlumat əldə edin!

Homogenizator nədir?

Homogenizator həm bərk, həm də maye hissəcikləri xırdalayaraq vahid qarışıq yaratmaq üçün nəzərdə tutulmuş qarışdırıcı cihazlar sinfidir. Homogenizatorlar tədqiqat və sənayedə müxtəlif tətbiqlər üçün istifadə olunan laboratoriya, masaüstü və sənaye avadanlığı kimi mövcuddur. Homogenizatorların tipik tətbiqlərinə hissəciklər, piqmentlər, kimyəvi maddələr, bitkilər, qida, hüceyrələr, toxumalar və digər müxtəlif materialların qarışdırılması və parçalanması daxildir.

Homogenizatorlar, ultrasəslə emal və ultrasəs cihazlarımızdan prosesinizdə necə istifadə edə biləcəyiniz haqqında daha çox məlumat almaq üçün bizimlə əlaqə saxlayın!

Müxtəlif homogenizator növlərinə ümumi baxış

Masaüstü və genişmiqyaslı sənaye istehsalında istifadə üçün müxtəlif homogenizator növləri satışda mövcuddur. Bununla belə, rotor/stator (kolloid) qarışdırıcıları, yüksək təzyiqli homogenizatorlar və ultrasəs homogenizatorları ən geniş istifadə olunan modellərdir.
Pərli və ya bıçaqlı qarışdırıcıların qarışdırma qabının dibində yüksək sürətlə fırlanan pəri və ya bıçağı olur; bununla müxtəlif materiallar homogen qarışıq halına gətirilir.
Rotor/stator qarışdırıcısının adından da göründüyü kimi, belə qarışdırıcı rotor və stator komponentlərinə malikdir. Rotor statorun daxilində yüksək sürətlə fırlanan metal valdır. Stator hərəkətsiz qalan metal hissədir. Rotorun fırlanması bərk-maye materialını statorla rotor arasına çəkən sorma effekti yaradır; burada bərk maddələr daha kiçik hissəcik ölçüsünə qədər xırdalanır.
Yüksək təzyiqli homogenizatorun (HPH) iş prinsipi yüksək təzyiqli nasos və klapanın (ucluq, dəlik) istifadəsinə əsaslanır; bu isə avadanlığı iri, ağır və bahalı edir. Emal olunan suspenziya kiçik dəlikdən yüksək axın sürəti ilə məcburi keçirilir və bu, hissəcik ölçüsünü azaldır, çünki klapandan keçmək üçün hissəciklər müəyyən kiçik ölçüdə olmalıdır. Xüsusilə bərk maddələrin emalı zamanı HPH-lər tıxanmağa meyillidir.
Ultrasəs homogenizatorları akustik kavitasiyanın yaratdığı yüksək kəsilmə qüvvələrindən istifadə edir; bu da onlara digər homogenləşdirmə üsulları ilə müqayisədə müxtəlif üstünlüklər verir. Ultrasəslə homogenləşdirmənin iş prinsipi və faydaları aşağıda təqdim olunur.

Homogenləşdirici qüvvə kimi yüksək güclü ultrasəs

Ultrasəs homogenizatoru çox intensiv kəsilmə qüvvələri yaratmaq üçün yüksək intensivlikli ultrasəs rəqslərindən və kavitasiyadan istifadə edir və buna görə də fövqəladə intensiv, yüksək kəsilmə təsirli qarışdırıcı adlandırıla bilər. Fövqəladə intensiv yüksək kəsilmə qüvvələrinin sirri yüksək güclü ultrasəs dalğalarının yaratdığı akustik kavitasiyadır. Ultrasəs homogenizatorunun enerji təchizatı və idarəetmə bloku olan generatoru və çeviricisi var. Çeviricidə pyezoelektrik keramika yerləşir. Bu pyezoelektrik keramika elektrik enerjisini rəqslərə çevirir, çünki gərginlik tətbiq olunduqda pyezoelektrik kristallar ölçülərini və formalarını dəyişir. Elektron ossilyatorun tezliyi pyezoelektrik kvarsın məxsusi tezliyinə bərabər olduqda rezonans baş verir. Rezonans şəraitində kvars böyük amplitudalı uzununa ultrasəs dalğaları yaradır.
Yaranan ultrasəs dalğaları daha sonra ultrasəs zondu (sonotrod / akustik konsentrator) vasitəsilə proses mühitinə ötürülür. Ultrasəs zondundakı amplituda mayeyə və ya suspenziyaya ötürülən ultrasəs dalğalarının intensivliyini müəyyən edir. Ultrasəs dalğaları maye mühitlərdə növbələşən yüksək və aşağı təzyiq dövrləri yaradır. Aşağı təzyiq dövründə yüksək intensivlikli ultrasəs dalğaları mayedə kiçik vakuum qabarcıqları əmələ gətirir. Yüksək təzyiq dövründə kiçik vakuum qabarcıqları dağıdıcı şəkildə çökür. Bu hadisə kavitasiya adlanır. Kavitasiya qabarcıqlarının daxilə doğru çökməsi həmçinin sürəti 280 m/s-ə qədər çatan maye şırnaqları yarada bilər və bu, güclü kəsilmə qüvvələri ilə nəticələnir. Kəsilmə qüvvələri hissəcikləri parçalayır, hissəciklərarası toqquşmalara səbəb olur, damcıları və hüceyrələri mexaniki şəkildə dağıdır, eyni zamanda yüksək səmərəli kütlə ötürülməsini təşviq edir. Bu kavitasiya qüvvələri vahid və homogen dispersiyalar, emulsiyalar və suspenziyalar yaradır; onların kimyəvi reaksiyaları da təşviq etdiyi məlumdur (sonokimya adlanır).

Akustik kavitasiya (yüksək güclü ultrasəsin yaratdığı) lokal olaraq ekstremal şərait, sonomexaniki və sonokimyəvi adlanan təsirlər yaradır. Bu təsirlər sayəsində ultrasəslə emal bərk və maye hissəcikləri kiçildir və onları homogen tərkib halında qarışdırır.

Ultrasəs cihazlarının homogenizator kimi istifadəsinin üstünlükləri

Bərk-maye (suspenziya adlanan) və maye-maye suspenziyalarının və məhlullarının istehsalında ultrasəs homogenizatorları üstünlük təşkil edir. Ultrasəs cihazları ultrasəs kavitasiyasının iş prinsipindən istifadə etdiyi üçün material nəm və ya maye fazada olmalıdır, çünki kavitasiya yalnız mayedə baş verir. Bu o deməkdir ki, ultrasəs cihazı quru tozun qarışdırılmasında çox səmərəli olmaz, lakin toz nəmlənən kimi ultrasəslə emal qarışdırma üçün ən səmərəli üsula çevrilir. Ultrasəs homogenizatorları hətta pastaları və yüksək özlülüklü materialları da etibarlı şəkildə qarışdırması, bir-birinə qatması və dispersləşdirməsi ilə yaxşı tanınır. Kavitasiya qabarcıqlarının daxilə doğru çökməsinin yaratdığı fövqəladə intensiv qüvvələr təkcə çox güclü yüksək kəsilmə qüvvələri deyil, həm də lokal yüksək temperatur və təzyiq, eləcə də onların müvafiq fərqlərini yaradır. Fiziki qüvvələrin bu birləşməsi hissəcikləri adi homogenizatorla müqayisədə daha kiçik ölçülərə qədər parçalayır. Buna görə də ultrasəs homogenizatorları nanoölçülü emulsiyaların və dispersiyaların etibarlı istehsalı üçün üstün tutulan avadanlıqdır.

Ultrasəs homogenizatorlarının tətbiqləri

Ultrasəs homogenizatorları laboratoriya və sənaye müəssisələrində bərk-maye və maye-maye suspenziyalarını homogenləşdirmək, hissəcik ölçüsünü azaltmaq, bioloji materialı parçalamaq və ekstraksiya etmək, kimyəvi reaksiyaları intensivləşdirmək və həll olan birləşmələri həll etmək üçün geniş istifadə olunur.

Ultrasəslə emulsiyalaşdırma

Emulsiyalaşdırma sabit və ya yarımsabit qarışıq hazırlamaq üçün bir-biri ilə qarışmayan iki və ya daha çox mayenin birlikdə qarışdırılması prosesidir. Ümumiyyətlə, bu iki maye yağ fazasından və sulu (su) fazadan ibarət olur. Müxtəlif maye fazalarının qarışığını sabitləşdirmək üçün emulqator (səthi aktiv maddə / köməkçi səthi aktiv maddə) əlavə edilir. Emulsiyanın funksionallığı və sabitliyi baxımından onun damcı ölçüsü həlledici rol oynayır. Yüksək güclü ultrasəs damcıları parçalayaraq çox kiçik damcılara çevirən sonomexaniki qüvvələr yaratdığı üçün ultrasəslə emal mikron və nano-emulsiyaların istehsalı üçün çox populyar üsuldur. Ultrasəs homogenizatorları O/W və W/O emulsiyalarının, tərs emulsiyaların, ikiqat emulsiyaların (O/W/O, W/O/W), mini-emulsiyaların, eləcə də Pickering emulsiyalarının istehsalı üçün etibarlı vasitədir. Bu çeviklik və etibarlı emulsiyalaşdırma qabiliyyəti sayəsində ultrasəs homogenizatorları (emulsiyalaşdırma üçün istifadə olunduqda bəzən ultrasəs emulqatorları da adlandırılır) uzunmüddətli sabit emulsiyalar istehsal etmək üçün, məsələn, kimya, qida, əczaçılıq və yanacaq sənayesində istifadə olunur.
Ətraflı məlumat əldə etmək üçün aşağıdakı keçidlərə klikləyin: nano-emulsiyalar və Pickering emulsiyaları!

Ultrasəslə dispersləşdirmə

Hissəcik aqlomeratlarının, aqreqatlarının və hətta ilkin hissəciklərin ölçüsü etibarlı şəkildə azaldılmalı olduqda ultrasəs homogenizatorları çox səmərəlidir. Ultrasəs homogenizatorlarının üstünlüyü prosesin nəticəsi kimi mikron və ya nanohissəciklərin hədəflənməsindən asılı olmayaraq, hissəcikləri daha kiçik və daha vahid ölçülərə qədər üyütmək qabiliyyətidir. Kavitasiya kəsilmə qüvvələri və maye axınları hissəcikləri sürətləndirir və onların bir-biri ilə toqquşmasına səbəb olur. Bu, hissəciklərarası toqquşma adlanır. Hissəciklərin özləri üyüdücü mühit kimi çıxış edir; bu da üyüdücü kürəciklərlə çirklənmənin və adi kürəcikli dəyirmanlardan istifadə zamanı zəruri olan sonrakı ayırma prosesinin qarşısını alır. Hissəciklər hissəciklərarası toqquşma zamanı 280m/sec-ə qədər çatan çox yüksək sürətlərlə toqquşduğundan onlara fövqəladə yüksək qüvvələr təsir edir və nəticədə çox kiçik fraqmentlərə parçalanırlar. Sürtünmə və eroziya bu hissəcik fraqmentlərinə cilalanmış səth və vahid forma verir. Kəsilmə qüvvələri ilə hissəciklərarası toqquşmanın birləşməsi ultrasəslə homogenləşdirmə və dispersləşdirməyə yüksək dərəcədə homogen kolloid suspenziyalar və dispersiyalar əldə etmək üstünlüyü verir!
Aşağıdakı şəkillər ardıcıllığı ultrasəsin qrafit pulcuqlarına təsir edən kavitasiya qüvvələrini göstərir.

Suda qrafit pulcuğunun sonomexaniki laylara ayrılmasını təsvir edən yüksək sürətlə çəkilmiş kadrlar ardıcıllığında (a-dan f-ə qədər) istifadə olunan UP200S, 200W ultrasəs cihazı 3-mm sonotrodla təchiz edilmişdir. Oxlar kavitasiya qabarcıqlarının yarığa nüfuz etdiyi parçalanma (laylara ayrılma) yerini göstərir.
© Tyurnina və b. 2020 (CC BY-NC-ND 4.0)

Nanomaterialların dispersləşdirilməsi və homogenləşdirilməsi

Həm emulsiyalar, həm də dispersiyalar üçün nanoölçülü qarışıqların hazırlanması çətin vəzifədir. Bıçaqlı qarışdırıcılar, kürəcikli dəyirmanlar, yüksək təzyiqli homogenizatorlar və digər qarışdırıcılar kimi ənənəvi homogenləşdirmə və qarışdırma üsullarının əksəriyyəti mikronölçülü hissəciklər yarada bilir, lakin damcıları və bərk maddələri etibarlı şəkildə nanoölçüyə qədər parçalaya bilmir. Bu, əsasən intensivliyin qeyri-kafi olması ilə əlaqədardır. Məsələn, bıçaqlı qarışdırıcılar hissəcikləri nanoölçüyə qədər parçalamaq üçün kifayət qədər kəsilmə təsiri təmin etmir. Digər homogenizator növü olan kürəcikli dəyirmanlar bərk maddələri kürəciklərin (üyüdücü mühitin) özündən daha kiçik hissəcik ölçüsünə qədər vahid şəkildə üyüdə bilmir. Ənənəvi üyüdücü kürəciklərin orta ölçüsü 1.500 mm – 35.000 mm arasındadır. Digər problem üyüdücü mühitin aşınması nəticəsində yaranan çirklənmədir. Ultrasəs cihazları fövqəladə yüksək, eyni zamanda dəqiq idarə edilə bilən kəsilmə qüvvələri təmin etdiyi üçün ultrasəs kavitasiyası laboratoriya (R&D), pilot və sənaye qurğularında nano-dispersiyaların və nano-emulsiyaların etibarlı istehsalı üçün üstün tutulan üsuldur.

Ultrasəslə homogenləşdirmə proseslərinin miqyasının artırılması

Laboratoriya ultrasəs homogenizatorundan pilot ultrasəs cihazına və pilot sistemdən tammiqyaslı istehsal ultrasəs homogenizatoruna keçərkən miqyasın artırılması tamamilə xətti şəkildə həyata keçirilə bilər! Amplituda, təzyiq, temperatur və emal müddəti kimi bütün mühüm proses parametrləri sabit saxlanılır; yalnız ultrasəs zondunun səth sahəsi və zondu enerji ilə hərəkətə gətirən ultrasəs cihazı daha böyük, daha güclü qurğulara uyğun miqyaslandırılır. Ultrasəslə homogenləşdirmə proseslərinin xətti miqyaslandırılması genişmiqyaslı istehsalda laboratoriya və pilot şəraitindəki ilə eyni yüksək keyfiyyətli nəticələr əldə etməyə imkan verir.

Prosesiniz üçün ən uyğun ultrasəs homogenizatorunu tapın!

Hielscher Ultrasonics ultrasəs homogenizatorları sahəsində uzunillik təcrübəyə malik tərəfdaşınızdır. Bütün Hielscher ultrasəs cihazları dünyanın hər yerindəki müştərilərimizə göndərilməzdən əvvəl Almaniyadakı baş qərargahımızda layihələndirilir, istehsal olunur və sınaqdan keçirilir. Hielscher ultrasəs homogenizatorları davamlı yüksək məhsuldarlıq, etibarlılıq, möhkəmlik və istifadə rahatlığı ilə səciyyələnən yüksək keyfiyyətli cihazlardır. Ultrasəslə homogenləşdirmə texnologiyasının texniki mükəmməlliyi Hielscher avadanlığının istifadəçilərinə rəqabət üstünlükləri verir və onları öz sahələrində bazar liderinə çevirir. Laboratoriya və masaüstü homogenizatorlardan, pilot sistemlərdən və kommersiya istehsalı üçün tam sənaye ultrasəs homogenizatorlarından ibarət geniş məhsul çeşidi sayəsində Hielscher tələblərinizə uyğun ideal ultrasəslə qarışdırma sisteminə malikdir. Çoxsaylı aksesuarlar fərdi ehtiyaclara uyğun ideal ultrasəs homogenizatoru konfiqurasiyası yaratmağa imkan verir.
Prosesinizin tələblərini və spesifikasiyalarını bizə bildirin – tətbiqiniz üçün ən uyğun və səmərəli ultrasəs homogenizatorunu məmnuniyyətlə tövsiyə edərik!

Ultrasəs homogenizatorlarından istifadə ilə yüksək səmərəlilik

Prosesin fövqəladə səmərəliliyi, münasib investisiya xərcləri, çox yüksək enerji səmərəliliyi və aşağı əmək və texniki xidmət xərcləri sayəsində Hielscher ultrasəs homogenizatorları ənənəvi homogenləşdirmə üsullarını üstələyir və investisiyanın sürətli geri dönüşünü (RoI) təmin edir. Ultrasəs homogenizatoru çox vaxt bir neçə ay ərzində öz xərcini ödəyir.

Sənaye homogenləşdirməsi üçün yüksək güclü ultrasəs

Ultrasəsin təsiri ilə aparılan homogenləşdirmə proseslərində amplituda ən mühüm proses parametridir. Bütün Hielscher ultrasəs cihazları amplitudanın dəqiq idarə edilməsinə imkan verir. Prosesin məqsədindən asılı olaraq, daha yumşaq emal şəraiti üçün aşağı amplituda təyin edilə və ya daha dağıdıcı dispersləşdirmə nəticələri üçün yüksək amplituda seçilə bilər. Hielscher sənaye ultrasəs cihazları çox yüksək amplitudalar təmin edə bilir. 200µm-ə qədər amplitudalarla 24/7 rejimində asanlıqla fasiləsiz işləmək mümkündür. Daha yüksək amplitudalar üçün xüsusi sifarişlə hazırlanmış ultrasəs sonotrodları mövcuddur.

Ultrasəs homogenizatorlarının aşağı texniki xidmət tələbləri

Ultrasəs homogenizatorlarının əlavə üstünlüklərindən biri də asan təmizlənməsidir, çünki sonotrod və reaktor maye ilə təmasda olan və emal edilən materiala toxunan yeganə komponentlərdir. Sonotrod (ultrasəs akustik konsentratoru və ya zond kimi də tanınır) və reaktor müvafiq olaraq titandan və paslanmayan poladdan hazırlanır və dəliklərsiz, durğunluq yaradan künclərsiz sadə həndəsi quruluşa malikdir.
Aşınmaya məruz qalan yeganə hissə ultrasəs zondudur və o, işdə əhəmiyyətli fasilə yaratmadan dəyişdirilə bilər. Laboratoriya ultrasəs cihazının sonotrodu təxminən 10 min ərzində dəyişdirilir, sənaye ultrasəs homogenizatorunun sonotrodunun dəyişdirilməsi isə təxminən 30–45 min çəkə bilər.

İndi bizimlə əlaqə saxlayın! Təcrübəli komandamız texniki məlumat və proseslə bağlı tövsiyələri məmnuniyyətlə təqdim edəcək!

Aşağıdakı cədvəl ultrasəs cihazlarımızın təxmini emal gücü haqqında təsəvvür yaradır: