Homogenizátory – Pracovní princip, použití a škálování

Homogenizátory jsou typem míchaček, které aplikují mechanické síly na míchání, emulgaci, disperzi a rozpouštění systémů kapalina-kapalina a pevná látka-kapalina. V závislosti na modelu homogenizátoru se rotační smyk používají trysky nebo vysoce výkonný ultrazvuk k vytvoření požadovaných sil k rozpadu a rozpadu pevných částic, jakož i kapiček kapaliny. Zjistěte více o homogenizátorech a jejich aplikacích ve výzkumu a výrobě!

Co je homogenizátor?

Homogenizátor je třída směšovacích zařízení, která je určena k rozbití částic, pevných i kapalných, na jednotnou směs. Homogenizátory jsou k dispozici jako laboratorní, stolní a průmyslové vybavení používané pro různé aplikace ve výzkumu a průmyslu. Typická aplikace homogenizátoru zahrnuje míchání a rozpad různých materiálů, včetně částic, pigmentů, chemikálií, rostlin, potravin, buněk, tkání, mimo jiné.

Žádost o informace





Průmyslový ultrazvukový homogenizátor pro disperze, emulze, zmenšení velikosti částic a míchání aplikací.

MultiSonoReactor MSR-4 je průmyslový inline homogenizátor s 16,000 XNUMX wattů výkon ultrasonicators pro náročné aplikace, jako jsou nano-disperze a nano-emulze.

Přehled různých typů homogenizátorů

Různé typy homogenizátorů jsou komerčně dostupné pro použití ve stolní a průmyslové velkovýrobě. Nejpoužívanějšími modely jsou však rotorové / statorové (koloidní) směšovače, vysokotlaké homogenizátory a ultrazvukové homogenizátory.
Oběžné kolo nebo lopatkové míchačky mají rotující čepel, která se otáčí vysokou rychlostí na dně směšovací nádoby, čímž kombinuje různé materiály do homogenní směsi.
Jako název rotor/stator mixér již znamená, že směšovač rotoru / statoru má rotor a komponentu statoru. Rotor je kovový hřídel, který se otáčí vysokými rychlostmi uvnitř statoru. Stator je kovová část, která zůstává stacionární. Otáčení rotoru vytváří sací efekt, který pohybuje pevným kapalným materiálem mezi statorem a rotorem, kde jsou pevné látky zmenšeny na menší velikost částic.
Pracovní princip vysokotlaký homogenizátor (HPH) je založen na použití vysokotlakého čerpadla a ventilu (tryska, otvor), díky čemuž je zařízení velké, těžké a drahé. Zpracovaná suspenze je tlačena vysokou rychlostí proudění malým otvorem, což zmenšuje velikost částic, protože částice vyžadují určitou malou velikost, aby prošly ventilem. Zejména při zpracování pevných látek jsou HPH náchylné k ucpání.
ultrazvukové Homogenizátory použijte vysoké smykové síly generované akustickou kavitací, což jim dává různé výhody oproti jiným homogenizačním technikám. Pracovní princip a výhody ultrazvukové homogenizace jsou uvedeny níže.

Video demonstruje ultrazvukový disperzi červené barvy pomocí UP400St s S24d 22mm sondou.

Ultrazvuková červená barva disperze pomocí UP400St

Vysoce výkonný ultrazvuk jako homogenizační síla

Ultrazvukový posilovač a sonda (cascatrode) namontované na rohu ultrazvukového snímače UIP2000hdTUltrazvukový homogenizátor používá ultrazvukové vibrace s vysokou intenzitou a kavitaci k vytvoření velmi intenzivních smykových sil, a proto může být nazýván superintenzivním smykem s vysokým smykem. Tajemství za superintenzivními silami s vysokým smykem je akustická kavitace, která je generována vysoce výkonnými ultrazvukovými vlnami. Ultrazvukový homogenizátor má generátor, který je napájecím zdrojem a řídicí jednotkou a snímačem. Převodník obsahuje piezoelektrickou keramiku. Tato piezoelektrická keramika přeměňuje elektrickou energii na oscilaci, protože piezoelektrické krystaly mění svou velikost a tvar při použití napětí. Když je frekvence elektronického oscilátoru rovna přirozené frekvenci piezoelektrického křemene, dochází k rezonanci. Za rezonančních podmínek produkuje křemen podélné ultrazvukové vlny s velkou amplitudou.
Generované ultrazvukové vlny jsou pak spojeny ultrazvukovou sondou (sonotroda / roh) do procesního média. Amplituda na ultrazvukové sondě určuje intenzitu ultrazvukových vln, které jsou přenášeny do kapaliny nebo kejdy. Ultrazvukové vlny generují střídavé vysokotlaké a nízkotlaké cykly v kapalných médiích. Během nízkotlakého cyklu produkují ultrazvukové vlny s vysokou intenzitou v kapalině malé vakuové bubliny. Během vysokotlakého cyklu se malé vakuové bubliny destruktivně zhroutí. Tento jev se nazývá kavitace. Imploze kavitačních bublin může také generovat kapalné trysky s vysokou rychlostí až 280 m / s, což vede k silným smykovým silám. Smykové síly rozbíjejí částice, způsobují kolizi mezi částicemi a mechanicky narušují kapičky a buňky, což zároveň podporuje vysoce účinný přenos hmoty. Tyto kavitační síly produkují rovnoměrné a homogenní disperze, emulze a suspenze a je také známo, že podporují chemické reakce (tzv. Sonochemie).

Akustická nebo ultrazvuková kavitace: růst bublin a imploze

Akustická kavitace (generovaná ultrazvukem s vysokým výkonem) vytváří lokálně extrémní podmínky, tzv. Sonomechanické a sonochemické účinky. Díky těmto účinkům sonikace snižuje pevné a kapalné částice a mísí je do homogenní formulace.

Ultrasonic cavitation at Hielscher's UIP1000hdT (1kW) ultrasonicator

Ultrazvuková kavitace na kascatrodové sondě ultrasonicator UIP1000hdT (1000 wattů, 20kHz) ve skleněném reaktoru. Červené světlo zespodu se používá ke zlepšení viditelnosti kavitace.

Žádost o informace





ultrazvukové Homogenizátory – Výhody

Ultrazvukové homogenizátory jsou vynikající, pokud jde o výrobu pevných kapalin (tzv. Suspenzí) a kapalných kapalných suspenzí a roztoků. Vzhledem k tomu, že ultrasonicators používají pracovní princip ultrazvukové kavitace, materiál by měl být mokrý nebo ve vlhké fázi, protože kavitace se vyskytuje pouze v kapalině. To znamená, že ultrasonicator by nebyl příliš účinný při míchání suchého prášku, ale jakmile se prášek namočí, sonikace je nejúčinnější metodou míchání. Ultrazvukové homogenizátory jsou dobře známé tím, že spolehlivě míchají, míchají a dispergují i pasty a vysoce viskózní materiály. Mimořádně intenzivní síly způsobené implozí kavitačních bublin vytvářejí nejen velmi silné síly s vysokým smykem, ale také lokálně omezené vysoké teploty a tlaky, jakož i příslušné diferenciály. Tato kombinace fyzikálních sil narušuje částice na mnohem menší velikosti než konvenční homogenizátor. Proto jsou ultrazvukové homogenizátory preferovaným zařízením pro spolehlivou výrobu nano-velkých emulzí a disperzí.

Výhody ultrazvukové homogenizace

  • vynikající účinnost
  • schopné dodávat vysoce soustředěnou energii
  • vynikající výsledky v mikronech a nano
  • pro mikronové a nano-velké emulze a disperze
  • libovolný objem od ml do tun/hod
  • Dávka a vložené
  • pro jeden průchod a recirkulaci
  • přesné řízení procesu
  • Jednoduchá obsluha
  • snadné čištění
  • Nízké nároky na údržbu

Aplikace ultrazvukových homogenizátorů

Ultrazvukové homogenizátory jsou široce používány v laboratorních a průmyslových zařízeních k homogenizaci suspenzí pevných kapalin a kapalin-kapalina, snížení velikosti částic, narušení a extrahování biologického materiálu, zesílení chemických reakcí a rozpuštění rozpustných sloučenin.

ultrazvukové emulgace

Emulgace je proces smíchání dvou nebo více nemísitelných kapalin dohromady za účelem přípravy stabilní nebo polostabilní směsi. Obecně platí, že tyto dvě kapaliny se skládají z olejové fáze a vodné (vodní) fáze. Pro stabilizaci směsi různých kapalných fází se přidá emulgátor (povrchově aktivní látka / koproskupina). Velikost kapiček emulze hraje klíčovou roli, pokud jde o funkčnost a stabilitu emulze. Vzhledem k tomu, že výkon-ultrazvuk vytváří sonomechanické síly, které rozkládají kapičky a snižují je na minutové kapičky, sonikace je velmi populární metodou pro výrobu mikronů a nano-emulzí. Ultrazvukové homogenizátory jsou spolehlivým nástrojem pro výrobu O / W a W / O emulzí, inverzních emulzí, dvojitých emulzí (O / W / O, W / O / W), mini-emulzí a Pickering emulzí. Na základě této flexibility a spolehlivé emulgační kapacity se ultrazvukové homogenizátory (někdy také nazývané ultrazvukové emulgátory, pokud se používají pro emulgaci) používají např. v chemickém, potravinářském, farmaceutickém a palivovém průmyslu k výrobě dlouhodobých stabilních emulzí.
Kliknutím na následující odkazy se dozvíte více o Nano-Emulze, a Pickering Emulze!

ultrazvukové Dispersion

Ultrazvukové homogenizátory jsou velmi účinné, když aglomeráty částic, agregáty a dokonce i primární částice musí být spolehlivě zmenšeny. Výhodou ultrazvukových homogenizátorů je jejich schopnost frézovat částice až na menší a rovnoměrnější velikosti částic, ať už jsou mikronové nebo nanočástice zaměřeny jako výsledek procesu. Kavitační smykové síly a proudy kapalin urychlují částice tak, že se navzájem srážejí. Toto je známé jako kolize mezi částicemi. Samotné částice působí jako mlecí médium, které zabraňuje kontaminaci mletím kuliček a následným separačním procesem, který je nezbytný při použití konvenčních korálkových mlýnů. Vzhledem k tomu, že se částice střetávají srážkou mezičástic při velmi vysokých rychlostech až 280 m/s, působí na částice mimořádně vysoké síly, které se proto rozbíjejí na nepatrné frakce. Tření a eroze dávají těmto fragmentům částic leštěný povrch a rovnoměrně tvarovanou formu. Kombinace smykových sil a kolize mezi částicemi dává ultrazvukové homogenizaci a disperzi výhodnou hranu poskytující vysoce homogenní koloidní suspenze a disperze!
Sekvence obrázků níže znázorňuje kavitační síly ultrazvuku na grafitových vločkách.

Ultrazvuková exfoliace grafenu ve vodě

Vysokorychlostní sekvence (od a do f) snímků znázorňujících sonomechanickou exfoliaci grafitové vločky ve vodě pomocí UP200S, 200W ultrasonicator s 3-mm sonotrodou. Šipky ukazují místo štěpení (exfoliace) s kavitačními bublinami pronikajícími do štěpení.
© Tyurnina et al. 2020 (CC BY-NC-ND 4.0)

Disperze a homogenizace nanomateriálů

Jak pro emulze, tak pro disperze je příprava směsí nano velikosti náročným úkolem. Většina konvenčních homogenizačních a míchacích technik, jako jsou lopatkové míchačky, korálkové mlýny, vysokotlaké homogenizátory a další míchačky, jsou schopny produkovat částice o velikosti mikronů, ale nemohou spolehlivě rozbít kapičky a pevné látky až do nano-velikosti. To je většinou způsobeno nedostatečnou intenzitou. Například nožové míchačky neposkytují dostatečný smyk pro rozbití částic na nano-velikost. Korálkové mlýny, další typ homogenizátoru, nemohou mlít pevné látky rovnoměrně na jemnější velikost částic než samotné kuličky (mlecí médium). Běžné broušené kuličky mají průměrnou velikost mezi 1 500 mm – 35 000 mm. Dalším problémem je kontaminace mlecího média opotřebením. Vzhledem k tomu, že ultrasonicators poskytují mimořádně vysoké, ale přesně kontrolovatelné smykové síly, ultrazvuková kavitace je preferovanou technikou pro spolehlivou výrobu nano-disperze a nano-emulzí v laboratoři (R&D), pilotní a průmyslová nastavení.

Informace o dalších aplikacích ultrazvukových homogenizátorů naleznete na následujících odkazech!

Ultrazvukový homogenizátor UP200St připojený k nepřetržitě míchanému dávkovému reaktoru

Ultrazvukem míchaný dávkový reaktor - UP200St

Žádost o informace





Disperze oxidu křemičitého pomocí ultrazvukového homogenizátoru vytváří úzkou a homogenní distribuci částic.

Ultrazvukové disperze vykazují rovnoměrnou distribuci velikosti částic s homogenně redukovanými částicemi. Křivky ukazují distribuci částic oxidu křemičitého před ultrazvukem (zelená křivka) a po ultrazvukové disperzi (červená křivka).

Škálování ultrazvukových homogenizačních procesů

Při škálování z laboratorního ultrazvukového homogenizátoru na pilotní ultrasonicator a z pilotního systému na ultrazvukový homogenizátor v plném měřítku lze škálování aplikovat zcela lineárně! Všechny důležité parametry procesu, jako je amplituda, tlak, teplota a doba zpracování, jsou udržovány konstantní, pouze povrch ultrazvukové sondy a ultrasonicator jako energetické míchadlo sondy jsou škálovány na větší, výkonnější jednotky. Lineární škálovatelnost ultrazvukových homogenizačních procesů umožňuje získat ve velké výrobě stejné vysoce kvalitní výsledky jako v laboratorním a pilotním nastavení.

Najděte nejvhodnější ultrazvukový homogenizátor pro váš proces!

Hielscher Ultrasonics je vám dlouholetý zkušený partner pro ultrazvukové homogenizátory. Všechny Hielscher ultrasonicators jsou navrženy, vyráběny a testovány v naší centrále v Německu předtím, než je dodáváme našim zákazníkům po celém světě. Hielscher ultrazvukové homogenizátory jsou vysoce kvalitní zařízení charcterized konstantním vysokým výkonem, spolehlivostí, robustností a uživatelskou přívětivostí. Technická sofistikovanost ultrazvukové homogenizační technologie dává uživatelům hielscherského zařízení konkurenční výhody, které z nich činí lídra na trhu ve svém oboru. S širokým sortimentem produktů od laboratorních a stolních homogenizátorů, pilotních systémů a plně průmyslových ultrazvukových homogenizátorů pro komerční výrobu má Hielscher ideální ultrazvukový směšovací systém pro vaše požadavky. Příslušenství rozdělovače umožňuje ideální nastavení ultrazvukového homogenizátoru – odpovídající individuálním potřebám.
Sdělte nám své procesní požadavky a specifikace – rádi vám doporučíme nejvhodnější a nejúčinnější ultrazvukový homogenizátor pro vaši aplikaci!

Vysoká účinnost s ultrazvukovými homogenizátory

Vzhledem k mimořádné efektivitě procesu, přiměřeným investičním nákladům, velmi vysoké energetické účinnosti a nízkým nákladům na práci a údržbu, Hielscher ultrazvukové homogenizátory překonávají konvenční homogenizační techniky a dosahují rychlé RoI (návratnost investic). Ultrazvukový homogenizátor je často amortizován během několika měsíců.

Vysoce výkonný ultrazvuk pro průmyslovou homogenizaci

Ultrazvukový homogenizátor s reaktorem pro inline zpracování.Amplituda je nejdůležitějším procesním parametrem v homogenizačních procesech řízených ultrazvukem. Všechny Hielscher ultrasonicators umožňují přesnou kontrolu nad amplitudou. V závislosti na cíli procesu lze nastavit nižší amplitudu pro mírnější podmínky zpracování nebo je zvolena vysoká amplituda pro destruktivnější výsledky disperze. Hielscher Ultrazvuk’ průmyslové ultrazvukové procesory mohou dodávat velmi vysoké amplitudy. Amplitudy až 200 μm lze snadno nepřetržitě provozovat v nepřetržitém provozu. Pro ještě vyšší amplitudy jsou k dispozici přizpůsobené ultrazvukové sonotrody.

Nízké požadavky na údržbu ultrazvukových homogenizátorů

Ultrazvukové homogenizátory se nejen snadno čistí, protože sonotroda a reaktor jsou jediné součásti, které jsou mokrými částmi a dostávají se do kontaktu se zpracovaným materiálem. Sonotroda (také známá jako ultrazvuková houkačka nebo sonda) a reaktor jsou vyrobeny z titanu a nerezové oceli a mají čistou geometrii bez otvorů nebo mrtvých rohů.
Jedinou částí, která podléhá opotřebení, je ultrazvuková sonda, kterou lze vyměnit bez významného narušení provozu. Sonotroda laboratorního ultrasonicator se změní během cca. 10 min, zatímco změna sonotrody průmyslového ultrazvukového homogenizátoru může trvat přibližně. 30-45 min.

Kontaktujte nás nyní! Náš zkušený tým se s vámi rád podělí o technické informace, doporučení procesů a / nebo cenovou nabídku!

Níže uvedená tabulka vám dává informaci o přibližné zpracovatelské kapacity našich ultrasonicators:

Hromadná dávka průtok Doporučené Devices
1 až 500 ml 10 až 200 ml / min UP100H
10 až 2000ml 20 až 400 ml / min Uf200 ः t, UP400St
00,1 až 20L 00,2 až 4 litry / min UIP2000hdT
10 až 100L 2 až 10 l / min UIP4000hdT
0.3 až 60L 0.6 až 12L/min UIP6000hdT
na 10 až 100L / min UIP16000
na větší hrozen UIP16000

Kontaktujte nás! / Zeptej se nás!

Požádejte o další informace

Použijte prosím níže uvedený formulář a vyžádejte si další informace o ultrazvukových procesorech, aplikacích a ceně. Rádi s vámi probereme váš proces a nabídneme vám ultrazvukový systém splňující vaše požadavky!









Uvědomte si prosím naši Zásady ochrany osobních údajů,


Ultrazvukové homogenizátory s vysokým smykem se používají v laboratorních, stolních, pilotních a průmyslových zpracováních.

Hielscher Ultrazvuk vyrábí vysoce výkonné ultrazvukové homogenizátory pro míchání aplikací, disperze, emulgaci a extrakce v laboratoři, pilotním a průmyslovém měřítku.



Literatura / Reference


Vysoce výkonný ultrazvuk! Hielscherův sortiment pokrývá celé spektrum od kompaktního laboratorního ultrasonicatoru přes bench-top jednotky až po plně průmyslové ultrazvukové systémy.

Hielscher Ultrasonics vyrábí vysoce výkonné ultrazvukové homogenizátory od Laboratoř na průmyslové velikosti.