Ultrazvuková dezintegrace: smáčení, rozpouštění, dispergace

Ultrazvukové integrátory se široce používají ke smáčení, dispergaci nebo rozpouštění částic a prášků v kapalinách. Vysoce výkonné ultrazvukové přístroje vytvářejí intenzivní smykové síly, které rozbíjejí a tříští agregáty, aglomeráty i primární částice na mikroskopickou nebo nanometrickou velikost. Rovnoměrné zpracování částic v poli akustické kavitace vede k úzké distribuci částic a rovnoměrnému povrchu částic.

Ultrazvukové dezintegrátory a jejich aplikace

Ultrazvukové dezintegrátory vytvářejí intenzivní smykové síly, které vyvolávají potřebný účinek na pevné látky, jako jsou částice, krystaly a vlákna, s cílem je narušit a rozložit na požadovanou velikost, např. mikronovou nebo nanometrickou. Ve srovnání s alternativními metodami dezintegrace, jako jsou lopatkové mixéry s vysokým smykem, vysokotlaké homogenizátory, kuličkové mlýny, mikrofluidizéry atd., nabízejí ultrazvukové dezintegrátory několik zásadních výhod.

Výhody ultrazvukových dezintegrátorů

• Vysoce intenzivní kavitace a smyk
• Rovnoměrné zpracování částic
• Vysoké koncentrace pevných látek
• Žádné trysky / žádné ucpávání
• Není nutné mlecí médium (tj. kuličky)
• Lineární škálovatelnost
• Snadný a bezpečný provoz
• Snadné čištění
• Časově a energeticky úsporné

 

Princip činnosti ultrazvukových dezintegrátorů se sonotrodou je založen na generování akustické kavitace. Prostřednictvím ultrazvukové sonotrody se do procesního média (tj. kapaliny nebo suspenze) přenášejí vysoce intenzivní ultrazvukové vlny. Ultrazvukové vlny se šíří kapalinou, kde vytvářejí střídavé cykly vysokého a nízkého tlaku. Během cyklů nízkého tlaku vznikají drobné vakuové bublinky, tzv. kavitační bubliny. Tyto kavitační bubliny rostou během několika tlakových cyklů, dokud nedosáhnou velikosti, při níž již nemohou absorbovat další energii. V tomto okamžiku kavitační bubliny prudce implodují a vytvářejí lokálně extrémní podmínky, jako jsou velmi vysoké teploty, tlaky, extrémní teplotní a tlakové rozdíly (v důsledku vysokých rychlostí ohřevu / chlazení a tlakových fluktuací), mikroturbulence a proudy kapaliny o rychlostech až 180m/s. Tyto podmínky mají výrazné mechanické účinky na částice v médiu, neboť vysokorychlostní proudy kapaliny urychlují částice v médiu tak, že se částice srážejí. Vzájemnými srážkami částic dochází k erozi pevné hmoty (např. částic, vláken, buněk), k jejímu roztříštění a fragmentaci na mikronové a nanometrické úlomky.
Vysoké turbulence vytvářené sonikací zvyšují přenos hmoty mezi fázemi, a podporují tak rozpouštění prášků nebo heterogenní chemické reakce. Díky tomu jsou ultrazvukové dezintegrátory preferovaným nástrojem k intenzifikaci procesů, jako je mletí, dispergace, emulgace a rozpouštění.

Přečtěte si více o ultrazvukové intenzifikaci chemických reakcí (sonochemii)!

Aplikace ultrazvukových dezintegrátorů

• Mletí a drcení
• Deaglomerace a dispergace
• Emulgace
• Rozpouštění prášků
• Zlepšení přenosu hmoty
• Sonochemické reakce

Ultrazvukové dezintegrátory pro zmenšování velikosti částic

Ultrazvukové dezintegrátory se používají ke zmenšování velikosti částic a k distribuci částic, ať už jde o skutečné rozmělňování primárních částic (označované jako mletí), nebo o rozbíjení aglomerátů (označované jako deaglomerace / dispergace).

Ultrazvukové dezintegrátory pro mletí a drcení

Ultrazvukem generovaná kavitace vytváří intenzivní smykové síly a s nimi spojené srážky mezi částicemi. Pevné látky v suspenzi působí jako mlecí médium (srovnatelně s kuličkami nebo perlami v kuličkovém / perlovém mlýnu): jsou urychlovány kavitačními proudy kapaliny, které snadno dosahují rychlostí až 180m/s. Když do sebe částice narážejí takovou obrovskou rychlostí, lámou se a tříští na mikronové a nanometrické fragmenty. Ultrazvukové dezintegrátory dokážou rozbít i primární částice. Ultrazvukové reaktory s průtokovou celou zajišťují rovnoměrné zpracování všech částic, takže ultrazvukové mletí vede k úzké distribuci velikosti částic.
Klikněte zde a dozvíte se více o ultrazvukovém mletí!

Ultrazvukové dezintegrátory pro deaglomeraci a dispergaci

Ultrazvukové procesní parametry lze velmi přesně řídit, takže ultrazvukové dezintegrátory mohou při použití vysokých amplitud a zvýšeného tlaku mlít primární částice. Na druhou stranu lze ultrazvukové dezintegrační systémy provozovat i při nižších amplitudách a mírnějších podmínkách, takže struktura a povrch částic zůstávají neporušené, ale aglomeráty se rozbijí a jednotlivé částice se v suspenzi rovnoměrně rozptýlí.
Klikněte zde a dozvíte se více o ultrazvukové deaglomeraci a dispergaci!

Ultrazvuková dispergace pyrogenního oxidu křemičitého: Ultrazvukový homogenizátor Hielscher UP400S rychle a účinně disperguje práškový oxid křemičitý na jednotlivé nanočástice.

Ultrazvukové dezintegrátory pro emulgaci

Při sonikaci dvou nemísitelných kapalin (např. vody a oleje) ultrazvuková kavitace rozrušuje kapky – vznikají velmi malé kapky obou nemísitelných fází, které se pak navzájem promísí. Protože ultrazvukové dezintegrátory snadno vytvářejí kapky nanometrické velikosti, vykazují stabilizované ultrazvukové emulze dlouhodobou stabilitu a čirý, průhledný vzhled.
Klikněte zde a přečtěte si více o ultrazvukové nanoemulgaci!

Ultrazvukové dezintegrátory pro rozpouštění

Ultrazvukové dezintegrátory se používají k rozpouštění prášků a tablet rychlým, snadným a bezpečným postupem. Ultrazvukem generovaná kavitace eroduje povrch pevných látek a odnáší erodované fragmenty do kapaliny, čímž vzniká homogenní roztok.
Ve farmaceutickém průmyslu je rozpouštění tablet každodenním úkolem, např. pro analytické účely. Jsou-li tablety vystaveny vodnému prostředí, tableta se rozpouští pomalu ve velmi časově náročném procesu. I při použití běžného míchadla nebo lopatkového míchadla zůstává úplné rozpuštění tablet časově náročné. Ultrazvuková kavitace a její mimořádně intenzivní smykové síly oddělují částice od tablety a odnášejí je do ředidla, čímž neustále udržují přenos hmoty mezi povrchem tablety a čerstvým, nenasyceným ředidlem. Díky tomu je ultrazvukové rozpouštění extrémně rychlým a účinným procesem, který pomáhá urychlit rozpouštění léčiv.
Klikněte zde a přečtěte si více o ultrazvukovém rozpouštění!

Rozpouštění je jednou z mnoha aplikací výkonového ultrazvuku. Video ukazuje rychlé rozpouštění želé bonbonů ve vodě pomocí přístroje Hielscher UP200St.

Jak funguje mechanický dezintegrátor?

Laboratorní ultrazvukové dezintegrátory využívají stejný mechanický princip jako průmyslové dezintegrátory. Dezintegrační míchací systémy rozrušují aglomeráty a agregáty, solubilizují pevnou hmotu nebo dispergují pevné částice v kapalných směsích. Ultrazvuková dezintegrace zahrnuje vysoce intenzivní ultrazvukovou sonotrodu ve vsádkové nádrži nebo v inline reaktoru s průtokovou celou. Sonda (sonotroda) ultrazvukového dezintegrátoru kmitá v kapalině velmi vysokou frekvencí a vytváří v kapalině intenzivní ultrazvukovou kavitaci. Každý kolaps kavitační bubliny vyvolává silné smykové síly, které rozbíjejí aglomeráty, agregáty, a dokonce i primární částice. Ultrazvuková kavitace navíc vytváří vysokorychlostní kavitační proudění o rychlosti až 1000km/h. Kavitační proudy kapaliny narážejí na aglomeráty částic, protrhávají buněčné stěny, zlepšují přenos látek v suspenzi a dispergují pevné látky v celém objemu kapaliny. V poli ultrazvukové kavitace se tlak rychle a opakovaně střídá mezi vakuem a až 1000bar. Rotační míchadlo se 4 lopatkami by muselo pracovat při ohromujících 300 000 RPM, aby dosáhlo stejné frekvence střídavých tlakových cyklů. Konvenční rotační míchadla a míchadla typu rotor-stator nevytvářejí kvůli omezené rychlosti žádné významné množství kavitace.

Zajímá Vás syntéza nanočástic metodou bottom-up? – Klikněte zde a přečtěte si více!

Laboratorní ultrazvukové dezintegrátory

Ultrazvuková zařízení se sondou jsou velmi užitečným nástrojem v každé laboratoři. Ultrazvuková sonda (známá také jako sonotroda) je titanová tyč jednoduché geometrie, kterou lze snadno čistit a která přenáší ultrazvukové vibrace do kapaliny. Hielscher vyrábí ultrazvukové sonotrody a hroty v široké škále velikostí. Pro nejběžnější dezintegraci pevných látek v laboratoři jsou velmi užitečné ultrazvukové sonotrody s průměrem hrotu 3, 7, 14 nebo 22mm. K dispozici jsou i jiné velikosti sonotrod a ultrazvukové sonotrody na zakázku. Typická ultrazvuková zařízení pro laboratorní dezintegraci mají ultrazvukový výkon od 100 do 400 wattů.

Průmyslové ultrazvukové dezintegrátory

Průmyslové dezintegrátory Hielscher jsou vysoce výkonné ultrazvukové procesory určené pro náročnou kontinuální dezintegraci velkých proudů suspenzí. Tyto průmyslové systémy si snadno poradí s vysokými koncentracemi pevných látek. Průmyslové ultrazvukové sonotrody jsou vybaveny přírubou, kterou lze v libovolné orientaci namontovat na ocelové nádrže, skleněné reaktory nebo plastové nádoby. Natlakování sonikační nádoby nebo průtokové cely zesiluje akustickou kavitaci, a tím i proces sonikace. Typická průmyslová ultrazvuková dezintegrační zařízení mají ultrazvukový výkon od 1000 do 16 000 wattů na sonotrodu.

Odvětví, v nichž se ultrazvuková dezintegrace široce uplatňuje:

• Dispergace, rozpouštění, míchání formulací pevná látka/kapalina
• Materiálové vědy
• Příprava vzorků před analýzou
• Aplikace nanočástic
• Funkcionalizace částic
• Reakce s fázovým přenosem
• Krystalizace / srážení
• Zpracování potravin
• Papírenský průmysl
• Digesce biomasy

Jak koupit správný ultrazvukový dezintegrátor?

Hielscher Ultrasonics je dlouholetým zkušeným výrobcem vysoce výkonných ultrazvukových dezintegrátorů, které se používají k dispergaci a rozbíjení částic nebo k rozpouštění prášků v kapalinách. Jako lídr na trhu Hielscher navrhuje, vyrábí a distribuuje ultrazvukové dezintegrátory a homogenizátory od laboratorního a stolního až po plně průmyslové měřítko.

Pomůžeme Vám odpovědět na následující otázky, abyste našli ultrazvukový dezintegrátor nejvhodnější pro Vaši aplikaci a potřeby:

• Jaká je Vaše cílová aplikace?
• Jaký je typický objem, který je třeba zpracovat?
• Jaké jsou kritické faktory procesu?
• Jakých standardů kvality je třeba dosáhnout?

Naši dobře vyškolení a zkušení pracovníci Vám pomohou s jakýmikoli dotazy i s koncepcí Vašeho procesu. Hielscher Ultrasonics nabízí důkladné poradenství k ultrazvukovým procesům, aby našim zákazníkům pomohl najít optimální ultrazvukové zařízení. Služby společnosti Hielscher však nekončí ani zde – školíme zákazníky buď v jejich provozech, nebo v naší ultrazvukové procesní laboratoři a technickém centru, abychom je podpořili při vývoji, optimalizaci a převodu procesu do většího měřítka.
Průmyslové ultrazvukové procesory Hielscher Ultrasonics snadno dosahují velmi vysokých amplitud, které jsou nutné k rozbití tvrdých částic a aglomerátů nebo ke zpracování suspenzí s vysokou koncentrací pevných látek. Průmyslové dezintegrátory Hielscher lze provozovat s amplitudami až 200µm nepřetržitě v režimu 24/7. Pro ještě vyšší amplitudy jsou k dispozici ultrazvukové sonotrody na zakázku. Další příslušenství, jako jsou boostery, průtokové cely, sonikační reaktory a kompletní recirkulační sestavy, je snadno dostupné a umožňuje nakonfigurovat Váš ultrazvukový systém podle požadavků Vašeho procesu.

Pokročilé ultrazvukové dezintegrátory a disolvery

Hielscher Ultrasonics se zaměřuje na vysoce výkonné dezintegrátory s nejvyšší uživatelskou přívětivostí a nejmodernějšími technickými vymoženostmi. To znamená, že standardy laboratorních dezintegrátorů Hielscher se stále více přizpůsobují inteligenci průmyslových strojů. Uživatel může digitální ultrazvukové přístroje Hielscher ovládat dálkově prostřednictvím prohlížeče. Software pro automatický záznam dat zapisuje všechny důležité ultrazvukové parametry, jako je čistý výkon, celkový výkon, amplituda, teplota, tlak, čas a datum, jako soubor CSV na vestavěnou SD kartu. Ultrazvukový dezintegrátor lze navíc naprogramovat na automatické vypnutí po stanovené době nebo po dosažení určitého energetického vstupu, případně lze naprogramovat pulzní režimy sonikace. Připojitelná čidla teploty a tlaku umožňují pečlivé sledování podmínek vzorku. Protože regulace teploty u tepelně citlivých materiálů je zásadním faktorem pro kvalitu výsledků procesu, nabízí Hielscher různá řešení, jak udržet procesní teplotu v cílovém teplotním rozsahu.
Pokročilé funkce ultrazvukových přístrojů Hielscher zajišťují nejvyšší kontrolu procesu, spolehlivé a reprodukovatelné výsledky sonikace, uživatelskou přívětivost a pracovní komfort.
Průmyslové ultrazvukové procesory Hielscher Ultrasonics dokážou dodávat velmi vysoké amplitudy. Amplitudy až 200µm lze snadno nepřetržitě provozovat v režimu 24/7. Pro ještě vyšší amplitudy jsou k dispozici ultrazvukové sonotrody na zakázku. Schopnost provozu s tak vysokými amplitudami umožňuje našim zákazníkům účinně mlít primární částice na nanometrickou velikost. Robustnost ultrazvukových zařízení Hielscher umožňuje provoz 24/7 při vysokém zatížení a v náročných prostředích.
Přečtěte si více o ultrazvukovém rozpouštění a disolverech!

Kvalita – Made in Germany

Jako rodinná firma, kterou rodina vlastní i řídí, je Hielscher hrdý na vysokou kvalitu svých ultrazvukových procesorů. Všechny ultrazvukové přístroje jsou navrhovány, vyráběny a testovány v našem sídle v Teltow nedaleko Berlína v Německu. Robustnost ultrazvukových zařízení Hielscher umožňuje provoz 24/7 při vysokém zatížení a v náročných prostředích.

Ultrazvukové dezintegrátory Hielscher si můžete koupit ve všech různých velikostech a cenové rozpětí nabízí cenově dostupný ultrazvukový přístroj odpovídající Vašemu rozpočtu. Od dezintegrace částic v malých laboratorních lahvičkách až po kontinuální průtokovou dezintegraci suspenzí v průmyslové výrobě – Hielscher Ultrasonics má pro Vás vhodný dezintegrátor! Kontaktujte nás – rádi Vám doporučíme nejvhodnější ultrazvukový přístroj!
Níže uvedená tabulka uvádí orientační přibližnou zpracovatelskou kapacitu našich ultrazvukových přístrojů: