Ултразвукова дезинтеграция: омокряне, разтваряне, диспергиране

Ултразвуковите интегратори се използват широко за омокряне, диспергиране или разтваряне на частици и прахове в течности. Високопроизводителните ултразвукови апарати създават интензивни сили на срязване, които раздробяват и разбиват агрегати, агломерати и първични частици до микроскопични или наноразмери. Равномерната обработка на частиците в полето на акустичната кавитация води до тясно разпределение на размерите на частиците и еднородна повърхност на частиците.

Ултразвукови дезинтегратори и техните приложения

Ултразвуковите дезинтегратори генерират интензивни сили на срязване, които създават необходимото въздействие върху твърди вещества като частици, кристали и влакна, за да ги разрушат и раздробят до целеви размер, например микронен или наноразмер. В сравнение с алтернативни методи за дезинтеграция, като лопаткови смесители с високо срязване, хомогенизатори под високо налягане, мелници с микросфери, микрофлуидизатори и др., ултразвуковите дезинтегратори предлагат някои съществени предимства.

Предимства на ултразвуковите дезинтегратори

• Кавитация и срязване с висока интензивност
• Равномерна обработка на частиците
• Високи концентрации на твърди вещества
• Без дюзи / без запушване
• Не са необходими смилащи тела (т.е. микросфери)
• Линейна мащабируемост
• Лесна и безопасна работа
• Лесно почистване
• Ефективно използване на времето и енергията

 

Принципът на работа на ултразвуковите дезинтегратори със сонда се основава на генерирането на акустична кавитация. Чрез ултразвуковата сонда ултразвукови вълни с висока интензивност се предават в технологичната среда (т.е. течност или суспензия). Ултразвуковите вълни се разпространяват през течността, където създават редуващи се цикли на високо и ниско налягане. По време на циклите с ниско налягане се образуват миниатюрни вакуумни мехурчета, така наречените кавитационни мехурчета. Тези кавитационни мехурчета нарастват в продължение на няколко цикъла на налягането, докато достигнат размер, при който вече не могат да поглъщат повече енергия. В този момент кавитационните мехурчета имплодират силно и създават локално екстремни условия като много високи температури и налягания, екстремни разлики в температурата и налягането (поради високите скорости на нагряване / охлаждане и колебанията на налягането), микротурбулентности и течни потоци със скорости до 180m/s. Тези условия оказват значително механично въздействие върху частиците в средата, тъй като високоскоростните течни потоци ускоряват частиците в средата, така че те се сблъскват. При сблъсъците между частиците твърдата материя (например частици, влакна, клетки) се ерозира, разбива и раздробява на фрагменти с микронни и наноразмери.
Силната турбулентност, създавана от ултразвуковата обработка, увеличава масообмена между фазите и по този начин подпомага разтварянето на прахове или хетерогенните химични реакции. Това прави ултразвуковите дезинтегратори предпочитан инструмент за интензифициране на процеси като смилане, диспергиране, емулгиране и разтваряне.

Прочетете повече за ултразвуковото интензифициране на химични реакции (сонохимия)!

Приложения на ултразвуковите дезинтегратори

• Смилане и стриване
• Деагломерация и диспергиране
• Емулгиране
• Разтваряне на прахове
• Подобряване на масообмена
• Сонохимични реакции

Ултразвукови дезинтегратори за намаляване на размера на частиците

Ултразвуковите дезинтегратори се използват за намаляване на размера на частиците и за тяхното разпределение, независимо дали това означава действително раздробяване на първични частици (наричано смилане), или разбиване на агломерати (наричано деагломерация / диспергиране).

Ултразвукови дезинтегратори за смилане и стриване

Генерираната чрез ултразвук кавитация създава интензивни сили на срязване и свързаните с тях сблъсъци между частиците. Твърдите вещества в суспензията действат като смилащи тела (подобно на микросферите или перлите в мелница с микросфери / перли): те се ускоряват от кавитационните течни потоци, които лесно достигат скорости до 180m/s. Когато частиците се сблъскват с такава огромна скорост, те се раздробяват и разбиват на фрагменти с микронни и наноразмери. Ултразвуковите дезинтегратори могат да раздробяват дори първични частици. Ултразвуковите реактори с проточни клетки осигуряват равномерна обработка на всички частици, така че ултразвуковото смилане води до тясно разпределение на размерите на частиците.
Щракнете тук, за да научите повече за ултразвуковото смилане!

Ултразвукови дезинтегратори за деагломерация и диспергиране

Параметрите на ултразвуковия процес могат да се контролират много прецизно, така че ултразвуковите дезинтегратори могат да смилат първични частици при прилагане на високи амплитуди и повишено налягане. От друга страна, ултразвуковите системи за дезинтеграция могат да работят и при по-ниски амплитуди и по-меки условия, така че структурата и повърхността на частиците да останат непокътнати, а агломератите да бъдат разбити и отделните частици да се разпределят равномерно в суспензията.
Щракнете тук, за да научите повече за ултразвуковата деагломерация и диспергиране!

Ултразвуково диспергиране на пирогенен силициев диоксид: Ултразвуковият хомогенизатор Hielscher UP400S диспергира бързо и ефективно прахообразния силициев диоксид до отделни наночастици.

Ултразвукови дезинтегратори за емулгиране

Когато две несмесващи се течности (например вода и масло) се подлагат на ултразвукова обработка, ултразвуковата кавитация разбива капките – образувайки много малки капки от двете несмесващи се фази, които след това се смесват помежду си. Тъй като ултразвуковите дезинтегратори лесно създават капки с наноразмери, стабилизираните ултразвукови емулсии имат дълготрайна стабилност и бистър, прозрачен вид.
Щракнете тук, за да прочетете повече за ултразвуковото наноемулгиране!

Ултразвукови дезинтегратори за разтваряне

Ултразвуковите дезинтегратори се използват за разтваряне на прах и таблетки чрез бърза, лесна и безопасна процедура. Генерираната чрез ултразвук кавитация ерозира повърхността на твърдите вещества и пренася отделените при ерозията фрагменти в течността, като по този начин създава хомогенен разтвор.
Във фармацевтичната промишленост разтварянето на таблетки е ежедневна задача, например за аналитични цели. Когато таблетките попаднат във водна среда, таблетката се разтваря бавно в процес, който отнема много време. Дори при използване на обикновена бъркалка или лопаткова бъркалка пълното разтваряне на таблетките продължава да отнема много време. Ултразвуковата кавитация и нейните изключително интензивни сили на срязване отделят частиците от таблетката и ги пренасят в разредителя, като по този начин поддържат непрекъснат масообмен между повърхността на таблетката и свежия, ненаситен разредител. Това прави ултразвуковото разтваряне изключително бърз и ефективен процес, който спомага за ускоряване на разтварянето на лекарствата.
Щракнете тук, за да прочетете повече за ултразвуковото разтваряне!

Разтварянето е едно от многото приложения на мощния ултразвук. Видеото демонстрира бързото разтваряне на желирани бонбони във вода с Hielscher UP200St.

Как работи механичният дезинтегратор?

Лабораторните ултразвукови дезинтегратори използват същия механичен принцип като промишлените дезинтегратори. Смесителните системи с дезинтегратори разрушават агломерати и агрегати, разтварят твърда материя или диспергират твърди частици в течни смеси. Ултразвуковата дезинтеграция използва ултразвукова сонда с висока интензивност в резервоар за партидна обработка или в реактор с проточна клетка в поточна линия. Сондата (сонотродът) на ултразвуковия дезинтегратор вибрира в течността с много висока честота и създава интензивна ултразвукова кавитация в нея. Всяко свиване на кавитационно мехурче води до мощни сили на срязване, които разбиват агломерати, агрегати и дори първични частици. Освен това ултразвуковата кавитация създава високоскоростно кавитационно течение със скорост до 1000km/h. Кавитационните течни струи се удрят в агломератите от частици, разкъсват клетъчните стени, подобряват преноса на материя в суспензията и диспергират твърдите вещества в целия обем на течността. В полето на ултразвуковата кавитация налягането бързо и многократно се изменя между вакуум и до 1000bar. Ротационен смесител с 4 смесителни лопатки би трябвало да работи със зашеметяващите 300 000 RPM, за да постигне същата честота на редуване на циклите на налягането. Конвенционалните ротационни смесители и роторно-статорните смесители не създават значително количество кавитация поради ограниченията в скоростта им.

Интересувате ли се от синтеза на наночастици по подхода „отдолу нагоре“? – Щракнете тук, за да прочетете повече!

Лабораторни ултразвукови дезинтегратори

Ултразвуковите устройства със сонда са много полезен инструмент във всяка лаборатория. Ултразвуковата сонда (известна също като сонотрод) представлява лесен за почистване титаниев прът с проста геометрия, който предава ултразвукови вибрации в течността. Hielscher произвежда ултразвукови сонди и накрайници в широк диапазон от размери. За най-често извършваната дезинтеграция на твърди вещества в лабораторията са много полезни ултразвуковите сонди с диаметър на накрайника 3, 7, 14 или 22mm. Предлагат се и сонди с други размери, както и ултразвукови сонди с размери по поръчка. Типичните ултразвукови устройства за лабораторна дезинтеграция имат ултразвукова мощност от 100 до 400 вата.

Промишлени ултразвукови дезинтегратори

Промишлените дезинтегратори на Hielscher са ултразвукови процесори с висока мощност, предназначени за непрекъсната дезинтеграция при тежки експлоатационни условия на големи потоци суспензия. Тези промишлени системи могат лесно да обработват високи концентрации на твърди вещества. Промишлените ултразвукови сонди са оборудвани с фланец, който може да бъде монтиран към стоманени резервоари, стъклени реактори или пластмасови съдове във всякаква ориентация. Повишаването на налягането в съда за ултразвукова обработка или в проточната клетка усилва акустичната кавитация и по този начин интензифицира процеса на ултразвукова обработка. Типичното промишлено ултразвуково оборудване за дезинтеграция има ултразвукова мощност от 1000 до 16 000 вата на сонотрод.

Отрасли, в които ултразвуковата дезинтеграция е широко разпространена:

• Диспергиране, разтваряне и смесване на състави от твърди вещества и течности
• Материалознание
• Подготовка на проби преди анализ
• Приложения с наночастици
• Функционализиране на частици
• Реакции с фазов пренос
• Кристализация / утаяване
• Преработка на храни
• Хартиена промишленост
• Разграждане на биомаса

Как да закупите подходящия ултразвуков дезинтегратор?

Hielscher Ultrasonics е производител с дългогодишен опит на високопроизводителни ултразвукови дезинтегратори, които се използват за диспергиране и раздробяване на частици или за разтваряне на прахове в течности. Като пазарен лидер Hielscher проектира, произвежда и разпространява ултразвукови дезинтегратори и хомогенизатори от лабораторен и настолен до пълен промишлен мащаб.

Ние ви помагаме да отговорите на следните въпроси, за да намерите най-подходящия ултразвуков дезинтегратор за вашето приложение и нужди:

• Какво е целевото ви приложение?
• Какъв е типичният обем, който трябва да се обработва?
• Кои са критичните фактори на процеса?
• Какви стандарти за качество трябва да бъдат постигнати?

Нашият добре обучен и опитен персонал ще ви съдейства по всички въпроси и при разработването на концепцията за вашия процес. Hielscher Ultrasonics предлага задълбочени консултации относно ултразвуковите процеси, за да помогне на клиентите ни да намерят оптималното ултразвуково устройство. Но услугите на Hielscher не приключват дотук: ние обучаваме клиентите както в техните обекти, така и в нашата лаборатория за ултразвукови процеси и технически център, за да ги подпомогнем при разработването, оптимизирането и мащабирането на процесите.
Промишлените ултразвукови процесори на Hielscher Ultrasonics лесно осигуряват много високи амплитуди, необходими за раздробяване на твърди частици и агломерати или за обработка на суспензии с висока концентрация на твърди вещества. Промишлените дезинтегратори на Hielscher могат да работят непрекъснато с амплитуди до 200µm в режим 24/7. За още по-високи амплитуди се предлагат ултразвукови сонотроди по поръчка. Допълнителни принадлежности като усилватели на амплитудата, проточни клетки, реактори за ултразвукова обработка и цялостни рециркулационни системи са лесно достъпни и позволяват конфигуриране на вашата ултразвукова система според изискванията на процеса ви.

Усъвършенствани ултразвукови дезинтегратори и устройства за разтваряне

Hielscher Ultrasonics се фокусира върху високопроизводителни дезинтегратори с най-висока степен на удобство за потребителя и най-съвременни технически разработки. Това означава, че стандартите на лабораторните дезинтегратори на Hielscher все повече се доближават до интелигентните функции на промишлените машини. Потребителят може да управлява цифровите ултразвукови апарати на Hielscher дистанционно чрез браузър. Софтуерът за автоматично записване на данни записва всички важни ултразвукови параметри като нетна мощност, обща мощност, амплитуда, температура, налягане, час и дата във вид на CSV файл върху вградена SD карта. Освен това ултразвуковият дезинтегратор може да бъде програмиран за автоматично изключване след определено време или при определено количество въведена енергия, както и за пулсиращи режими на ултразвукова обработка. Сензорите за температура и налягане, които се включват към устройството, позволяват внимателно проследяване на условията в пробата. Тъй като контролът на температурата при термочувствителни материали е решаващ фактор за качеството на резултатите от процеса, Hielscher предлага различни решения за поддържане на температурата на процеса в целевия температурен диапазон.
Усъвършенстваните функции на ултразвуковите апарати на Hielscher осигуряват най-висока степен на контрол на процеса, надеждни и възпроизводими резултати от ултразвуковата обработка, удобство за потребителя и комфорт при работа.
Промишлените ултразвукови процесори на Hielscher Ultrasonics могат да осигуряват много високи амплитуди. Непрекъсната работа с амплитуди до 200µm лесно се осъществява в режим 24/7. За още по-високи амплитуди се предлагат ултразвукови сонотроди по поръчка. Възможността за работа с толкова високи амплитуди позволява на клиентите ни ефективно да смилат първични частици до наноразмери. Здравината на ултразвуковото оборудване на Hielscher позволява работа в режим 24/7 при тежко натоварване и в условия на взискателна работна среда.
Прочетете повече за ултразвуковото разтваряне и устройствата за разтваряне!

Качество – произведено в Германия

Като семейна фирма, притежавана и управлявана от семейството, Hielscher се гордее с високото качество на своите ултразвукови процесори. Всички ултразвукови апарати се проектират, произвеждат и изпитват в нашата централа в Телтов близо до Берлин, Германия. Здравината на ултразвуковото оборудване на Hielscher позволява работа в режим 24/7 при тежко натоварване и в условия на взискателна работна среда.

Можете да закупите ултразвукови дезинтегратори на Hielscher във всички различни размери, а ценовият диапазон предлага достъпен ултразвуков апарат, съобразен с вашия бюджет. От дезинтеграция на частици в малки лабораторни флакони до дезинтеграция на суспензии в непрекъснат поток при промишлено производство, Hielscher Ultrasonics има подходящ дезинтегратор за вас! Свържете се с нас – с удоволствие ще ви препоръчаме най-подходящия ултразвуков апарат!
Таблицата по-долу дава представа за приблизителния капацитет за обработка на нашите ултразвукови апарати: