Смесване с високо срязване чрез ултразвук
Смесителите с високо срязване прилагат големи сили на срязване в течности и суспензии, за да осигурят равномерно диспергиране, смесване и емулгиране на две или повече фази от типа течност–твърдо вещество или течност–течност. Ултразвуковата обработка генерира големи сили на срязване чрез акустична кавитация, която възниква при предаване на ултразвук с висока мощност в течности. Ултразвуковите смесители с високо срязване представляват превъзходна технология за смесване, която лесно надминава обичайно използваните лопаткови смесители с високо срязване, многовалови смесители, хомогенизатори с високо налягане, колоидни мелници и лопаткови бъркалки.
Предимствата на ултразвуковите смесители с високо срязване
Ултразвуковите смесители с високо срязване се предлагат от лабораторни хомогенизатори с мощност 50W до промишлени системи за смесване с мощност 16 000W. Широкото портфолио от лабораторни, настолни и промишлени ултразвукови смесители с високо срязване позволява да изберете идеалния ултразвуков смесител с високо срязване за вашето приложение и производствен обем.
Високите амплитуди на ултразвуковата сонда създават интензивна кавитация с течни потоци с висока скорост и сложни турбулентни движения. Интензивното хидравлично и механично срязване, генерирано чрез ултразвук, намалява размера на частиците и капчиците до микрометрови и нанометрови размери. Тъй като параметрите на процеса на ултразвукова обработка могат да се контролират и регулират прецизно, въздействието на смесването, смилането или диспергирането може да се адаптира точно към материала и целта на процеса. Ултразвуковите смесители с високо срязване намаляват времето за смесване / смилане и надеждно произвеждат фини и ултрафини дисперсии.
Ултразвуковият смесител може да се използва за периодични процеси и проточни процеси в линия. Разнообразието от ултразвукови проточни клетки и реактори позволява смесване на потоци с много различни дебити и вискозитети. Ултразвуковият смесител с високо срязване може да обработва много високи концентрации на твърди вещества и дори силно абразивните частици не представляват проблем.
Как работи смесването с високо срязване чрез ултразвукова обработка?
Ултразвуковите смесители с високо срязване използват същия механичен принцип като промишлените системи за смесване, например лопатковите смесители с високо срязване, многоваловите смесители, колоидните мелници, хомогенизаторите с високо налягане и системите с лопаткови бъркалки. Ултразвуковите системи за смесване се използват за диспергиране и смилане на частици, за емулгиране на маслени и водни фази, за разтваряне на твърди вещества и за получаване на хомогенни смеси от всякакви материали в течности и суспензии. Ултразвуковите смесители със срязване включват ултразвукова сонда, интегрирана в смесителен съд, например в резервоар за периодична обработка или в проточна клетка. Сондата на ултразвуковия дезинтегратор вибрира в течността с много висока честота и създава интензивна ултразвукова кавитация в нея. Колапсът на кавитационните мехурчета води до мощни сили на срязване, които разрушават и раздробяват капчици, агломерати, агрегати и дори първични частици. Тъй като ултразвуковата кавитация генерира високоскоростни кавитационни потоци със скорост до 1000km/h, кавитационните течни струи ускоряват частиците. Когато ускорените частици се сблъскват помежду си, те действат като смилаща среда. Впоследствие сблъскващите се частици се раздробяват и размерът им се намалява до микрометрови или нанометрови размери. В полето на ултразвуковата кавитация налягането се променя бързо и многократно между вакуум и до 1000bar. Ротационен смесител с 4 смесителни лопатки би трябвало да работи при изумителните 300 000 RPM, за да постигне същата честота на редуващите се цикли на налягане. Конвенционалните ротационни смесители и роторно-статорни смесители не създават значително количество кавитация поради ограничената си скорост.
Ултразвуков смесител с високо срязване UIP2000hdT, мощен смесителен модул с мощност 2kW
Съвет за обработката: ултразвуково смесване под налягане
Прилагането на налягане в ултразвуковия реактор или проточната клетка усилва акустичната кавитация. Hielscher Ultrasonics доставя различни типове проточни клетки и реактори, в които лесно може да се създаде налягане до 5 barg. Ултразвуковите реактори, изработени по поръчка, могат да работят при по-високи налягания до 300barg.
Ултразвуковите смесители с високо срязване и техните приложения
Ултразвуковите смесители с високо срязване създават интензивни сили на срязване, които оказват необходимото въздействие върху частици като твърди вещества, капчици, кристали и влакна, за да ги разрушат и раздробят до целеви размер, който може да бъде в микрометровия или нанометровия диапазон. В зависимост от твърдостта и крехкостта на материалите параметрите на ултразвуковия процес могат да се регулират точно, за да се постигне желаният резултат от смесването. В сравнение с алтернативни методи за смесване, като лопаткови бъркалки с високо срязване, хомогенизатори с високо налягане, колоидни мелници / мелници с микросфери, валови смесители и др., ултразвуковите дезинтегратори предлагат някои съществени предимства.
Предимства на ултразвуковите смесители с високо срязване
- Кавитация и срязване с висока интензивност
- Равномерна обработка на частиците
- Високи концентрации на твърди вещества
- Без дюзи / без запушване
- Не е необходима смилаща среда (т.е. микросфери)
- Линейна мащабируемост
- Лесна и безопасна работа
- Лесно почистване
- Ефективност по отношение на времето и енергията
Ултразвукови смесители с високо срязване за намаляване на размера на частиците
Ултразвуковите дезинтегратори се използват за намаляване на размера на частиците и за разпределяне на частиците, независимо дали това означава действително раздробяване на първични частици (наричано смилане), или разрушаване на агломерати (наричано деагломерация / диспергиране).
Прочетете повече за ултразвуковото смилане и диспергиране на частици!
Ултразвукови смесители с високо срязване за емулгиране
Когато две несмесващи се течности (напр. вода и масло) се обработват с ултразвук чрез ултразвуков смесител със сонда, ултразвуковата кавитация разрушава капчиците – образувайки много малки капчици от двете несмесващи се фази, които след това се смесват помежду си. Тъй като ултразвуковите смесители с високо срязване лесно произвеждат капчици с нанометрови размери, стабилизираните ултразвукови емулсии проявяват дълготрайна стабилност и бистър, прозрачен вид.
Тъй като всеки вид емулсия има свой специфичен праг на емулгиране / срязване, при който се получават оптимален размер и характеристики на капчиците, прецизното регулиране на параметрите на смесване е от решаващо значение. Докато твърде слабото срязване води до твърде големи капчици, които бързо се сливат и причиняват разделяне на фазите, твърде силното срязване може да разруши продукта. Ултразвуковите смесители с високо срязване могат да се контролират прецизно и да се настройват според нуждите на процеса.
Щракнете тук, за да прочетете повече за ултразвуковото наноемулгиране!
Ултразвуков смесител с високо срязване UP200Ht за емулгиране
Ултразвукови смесители с високо срязване за смесване и разтваряне
Ултразвуковите смесители с високо срязване се използват за смесване, смилане, диспергиране и разтваряне на частици като прахове, пигменти и влакна чрез бърз, надежден и лесен процес. Кавитацията, генерирана чрез ултразвук, увеличава масопренасянето между твърдите вещества и течността. Ултразвуковата кавитация оказва силно въздействие върху твърдите частици: кавитационните течни потоци ерозират повърхността на твърдите вещества и пренасят отделените чрез ерозия фрагменти в течността, като по този начин образуват хомогенна суспензия.
Щракнете тук, за да прочетете повече за ултразвуковото разтваряне!
Приложения на ултразвуковите смесители с високо срязване
- Смилане и раздробяване
- Деагломерация и диспергиране
- Емулгиране
- Разтваряне на прахове
- Подобряване на масопренасянето
- Сонохимични реакции
Системата SonoStation – ултразвукова система с 2x 2kW ултразвукови апарата, резервоар с бъркалка и помпа – е удобна за използване система за приложения, свързани със смесване, смилане и диспергиране.
Смесители с високо срязване във всякакви размери
Hielscher Ultrasonics проектира, произвежда и разпространява високопроизводителни смесители с високо срязване – от компактния, но мощен лабораторен уред до пилотни и промишлени смесители с високо срязване за обработка на потоци с голям обем на ниво търговско производство.
Смесители с високо срязване за лабораторията
Ултразвуковите смесители със сонда са утвърдени инструменти във всяка лаборатория. Тъй като ултразвуковите процеси могат да се мащабират линейно до големи обеми, ултразвуковите смесители с високо срязване на Hielscher са идеални за разработване и оптимизиране на вашия процес в малък мащаб. След това, след установяване на оптималните параметри на процеса, вашето приложение за смесване може да се мащабира линейно до пилотно и масово производство.
Hielscher предлага ултразвукови смесители с високо срязване за работа в лабораторен мащаб с ултразвукова мощност за смесване в диапазона от 50 до 400 вата.
Смесители с високо срязване за промишлеността
Промишлените смесители с високо срязване на Hielscher са ултразвукови процесори с висока мощност, предназначени за смилане, диспергиране, емулгиране и смесване на големи потоци суспензии при тежки работни условия. Тези промишлени смесители лесно обработват високи концентрации на твърди вещества и абразивни частици. Сондите (сонотродите) на промишлените ултразвукови смесители с високо срязване са оборудвани с фланец, така че смесителят да може да се интегрира в стоманени резервоари, стъклени съдове или пластмасови контейнери във всякаква ориентация. Това позволява създаване на налягане в съда за ултразвукова обработка. Прилагането на налягане в ултразвуковия съд или проточната клетка усилва акустичната кавитация и по този начин процеса на ултразвуково смесване. Hielscher Ultrasonics предлага промишлени смесители с високо срязване с мощност от 500 до 16 000 вата. С UIP16000 Hielscher предлага най-мощния ултразвуков смесител с високо срязване в света.
Материали с висок вискозитет? – Няма проблем! Всички ултразвукови процесори на Hielscher от настолните и промишлените категории могат лесно да обработват вискозни суспензии с вискозитет до 250 000 сантипоаза. За вискозитети над 2 000 cPs препоръчваме използването на проточни клетки в комбинация с ексцентър-шнекови помпи за подобрено предаване на ултразвуковите вълни в течността.
Как да намерите подходящия ултразвуков смесител с високо срязване?
Hielscher Ultrasonics е производител с дългогодишен опит в мощните и надеждни ултразвукови системи за смесване с високо срязване, които се използват за диспергиране и раздробяване на частици, за приготвяне на наноемулсии или за разтваряне на прахове в течности. Като пазарен лидер при ултразвуковите смесители Hielscher проектира, произвежда и разпространява ултразвукови смесители с високо срязване и хомогенизатори от лабораторен и настолен до пилотен и изцяло промишлен мащаб.
Отговорите на следните въпроси ще помогнат да намерите най-подходящия смесител с високо срязване за вашия процес:
- Какво е целевото ви приложение?
- Какъв е обичайният обем, който трябва да се обработва?
- Кои са критичните фактори на процеса?
- Какви стандарти за качество трябва да бъдат постигнати?
Нашите добре обучени и опитни служители ще ви съдействат по всички въпроси и при разработването на концепцията за вашия процес на смесване. Hielscher Ultrasonics предлага задълбочени консултации относно ултразвуковата обработка, за да помогне на клиентите ни да намерят най-идеалния ултразвуков смесител с високо срязване. Но услугите на Hielscher не свършват дотук: обучаваме клиентите както в техните обекти, така и в нашата лаборатория за ултразвукови процеси и технически център, за да им съдействаме при разработването, оптимизирането и мащабирането на процесите.
Промишлените ултразвукови процесори на Hielscher Ultrasonics лесно осигуряват много високи амплитуди, които са необходими за раздробяване на твърди частици и агломерати или за обработка на суспензии с висока концентрация на твърди вещества. Промишлените смесители на Hielscher лесно работят при амплитуди до 200µm непрекъснато в режим 24/7. Ако конкретни процеси изискват още по-високи амплитуди, се предлагат ултразвукови сонди, изработени по поръчка. Аксесоари като усилватели на амплитудата, проточни клетки, реактори за ултразвукова обработка и цялостни рециркулационни системи са лесно достъпни и позволяват конфигурирането на вашата ултразвукова система за смесване така, че тя да е оптимално адаптирана към изискванията на процеса ви. Всички сонотроди и реактори, които са единствените части в контакт със средата, позволяват CIP/SIP (почистване и стерилизация на място).
Усъвършенствани ултразвукови смесители с високо срязване
Hielscher Ultrasonics се фокусира върху високопроизводителни клетъчни дезинтегратори с най-високо удобство за потребителя и най-съвременни технически постижения. Това означава, че стандартите на лабораторните дезинтегратори на Hielscher все повече се доближават до интелигентността 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, като CSV файл върху вградена SD карта. Освен това ултразвуковият дезинтегратор може да се програмира за автоматично изключване след определено време или при определено количество подадена енергия, както и за пулсиращи режими на ултразвукова обработка. Свързваемите сензори за температура и налягане позволяват внимателно проследяване на условията на пробата. Тъй като контролът на температурата при чувствителни към топлина 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.
Качество – Произведено в Германия
Като семейна компания, притежавана и управлявана от семейството, Hielscher поставя на първо място най-високите стандарти за качество на своите ултразвукови процесори. Всички ултразвукови апарати се проектират, произвеждат и изпитват щателно в нашата централа в Телтов край Берлин, Германия. Здравината и надеждността на ултразвуковото оборудване на Hielscher го правят неуморен помощник във вашето производство. Работата в режим 24/7 при пълно натоварване и в тежки условия е присъща характеристика на високопроизводителните смесители на Hielscher.
Можете да закупите ултразвукови смесители с високо срязване на Hielscher във всякакви размери и конфигурирани за вашия процес. От обработката на течности в малка лабораторна чаша до непрекъснатото проточно смесване на суспензии в промишлен мащаб, Hielscher Ultrasonics предлага подходящ смесител с високо срязване за вас! Моля, свържете се с нас – с радост ще ви препоръчаме идеалната конфигурация на ултразвуков смесител!
Таблицата по-долу ви дава представа за приблизителния капацитет за обработка на нашите ултразвукови апарати:
| Обем на партидата | Дебит | Препоръчителни устройства |
|---|---|---|
| 1 до 500mL | 10 до 200mL/min | UP100H |
| 10 до 2000mL | 20 до 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 до 20L | 0,2 до 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 до 100L | 2 до 10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 до 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | по-голям | група от UIP16000 |
Свържете се с нас! / Попитайте ни!
Ултразвукови хомогенизатори с висока мощност за работа от лабораторен до пилотен и промишлен мащаб.
Полезни факти
Ултразвуковите апарати и използването им като смесители с високо срязване
Ултразвуковите апарати са устройства със сонда, които се характеризират с предаването на ултразвукови вибрации чрез ултразвукова сонда в обработваната среда. Сондата, известна също като сонотрод, е титанов прът, който вибрира с ултразвукова честота, напр. 20kHz. Вибрирането при 20 kHz означава, че хоризонталната повърхност на сондата се разширява и свива 20 000 пъти в секунда. Тези бързи движения в ултразвуковия честотен диапазон на върха на сондата се предават в течността. В течността ултразвуковите вълни преминават през средата и генерират редуващи се цикли на високо налягане / ниско налягане. По време на цикъла на ниско налягане възникват миниатюрни вакуумни мехурчета, които нарастват в продължение на няколко цикъла на налягане, докато достигнат точка, в която не могат да поглъщат повече енергия. В точката на максимално нарастване кавитационното мехурче се пука бурно. Имплозията създава поле с висока енергийна плътност, с много високи температури и налягания, съответни разлики в температурата и налягането, течни потоци със скорости до 180m/sec и турбулентни движения. Тази кавитационна енергия оказва силно въздействие върху течностите и суспензиите, което води до изключителни резултати при смесване, смесване на компоненти, смилане, диспергиране и емулгиране. Ултразвуковите смесители с високо срязване лесно произвеждат частици и капчици с нанометрови размери и с много тясно разпределение на размерите на частиците / капчиците.
Прочетете тук какви са разликите между обработката чрез ултразвукова / акустична кавитация и чрез хидродинамична кавитация!
Обичайни отрасли за ултразвуковите смесители с високо срязване
- Диспергиране, разтваряне, смесване на състави от твърди вещества/течности
- Емулгиране
- Материалознание
- Подготовка на проби преди анализ
- Приложения с наночастици
- Функционализиране на частици
- Реакции с фазов пренос
Литература / Източници
- 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.
- Pekarovicova, A.; Pekarovic, J. (2009): Emerging Pigment Dispersion Technologies. Pira International (2009).
- S.E. Karekar; B.A. Bhanvase; S.H. Sonawane; M.P. Deosarkar; D.V. Pinjari; A.B. Pandit(2014): Synthesis of zinc molybdate and zinc phosphomolybdate nanopigments by an ultrasound assisted route: Advantage over conventional method. Chemical Engineering and Processing 87; Nov. 2014.