Ultralydsdisintegration: Befugtning, opløsning, dispergering

Ultralydsintegratorer anvendes i vid udstrækning til at befugte, dispergere eller opløse partikler og pulvere i væsker. Højtydende ultralydsapparater skaber intense forskydningskræfter, som bryder og knuser aggregater, agglomerater og primærpartikler til mikroskopisk størrelse eller nanostørrelse. Den ensartede partikelbehandling i det akustiske kavitationsfelt resulterer i en snæver partikelfordeling og en ensartet partikeloverflade.

Ultralydsdisintegratorer og deres anvendelser

Ultralydsdisintegratorer leverer intense forskydningskræfter, som skaber den nødvendige påvirkning af faste stoffer såsom partikler, krystaller og fibre for at bryde dem op og neddele dem til en ønsket størrelse, f.eks. mikrometer- eller nanostørrelse. Sammenlignet med alternative disintegrationsmetoder såsom højforskydningsbladblandere, højtrykshomogenisatorer, perlemøller, mikrofluidisatorer osv. tilbyder ultralydsdisintegratorer nogle væsentlige fordele.

Fordele ved ultralydsdisintegratorer

• Højintensiv kavitation og forskydning
• Ensartet partikelbehandling
• Høje faststofkoncentrationer
• Ingen dyser / ingen tilstopning
• Intet formalingsmedium (dvs. perler) påkrævet
• Lineær skalerbarhed
• Nem og sikker betjening
• Nem at rengøre
• Tids- og energieffektiv

 

Funktionsprincippet for ultralydsdisintegratorer med sonde er baseret på dannelsen af akustisk kavitation. Gennem ultralydssonden overføres højintensive ultralydsbølger til procesmediet (dvs. væske eller suspension). Ultralydsbølgerne bevæger sig gennem væsken, hvor de skaber skiftende højtryks- og lavtrykscyklusser. Under lavtrykscyklusserne opstår der bittesmå vakuumbobler, såkaldte kavitationsbobler. Disse kavitationsbobler vokser over flere trykcyklusser, indtil de når en størrelse, hvor de ikke kan absorbere mere energi. På dette tidspunkt imploderer kavitationsboblerne voldsomt og skaber lokalt ekstreme forhold såsom meget høje temperaturer, tryk, ekstreme temperatur- og trykforskelle (på grund af høje opvarmnings- / afkølingshastigheder og tryksvingninger), mikroturbulens og væskestrømme med hastigheder på op til 180m/s. Disse forhold har betydelige mekaniske virkninger på partikler i mediet, da de hurtige væskestrømme accelererer partiklerne i mediet, så partiklerne kolliderer. Ved kollisioner mellem partikler eroderes og knuses fast materiale (f.eks. partikler, fibre, celler) og fragmenteres til stykker i mikrometer- og nanostørrelse.
Den kraftige turbulens, som skabes ved sonikering, øger masseoverførslen mellem faser og fremmer dermed opløsningen af pulvere eller heterogene kemiske reaktioner. Dette gør ultralydsdisintegratorer til det foretrukne værktøj til at intensivere processer såsom formaling, dispergering, emulgering og opløsning.

Læs mere om intensivering af kemiske reaktioner med ultralyd (sonokemi)!

Anvendelser af ultralydsdisintegratorer

• Formaling og findeling
• Deagglomerering og dispergering
• Emulgering
• Opløsning af pulvere
• Forbedring af masseoverførsel
• Sonokemiske reaktioner

Ultralydsdisintegratorer til reduktion af partikelstørrelse

Ultralydsdisintegratorer anvendes til reduktion af partikelstørrelse og partikelfordeling, hvad enten det drejer sig om egentlig findeling af primærpartikler (betegnet formaling) eller opbrydning af agglomerater (betegnet deagglomerering / dispergering).

Ultralydsdisintegratorer til formaling og findeling

Kavitation frembragt med ultralyd skaber intense forskydningskræfter og dermed tilknyttede kollisioner mellem partikler. De faste stoffer i suspensionen fungerer som formalingsmedium (sammenligneligt med perler i en perlemølle): De accelereres af væskestrømmene fra kavitationen, som let opnår hastigheder på op til 180m/s. Når partiklerne rammer hinanden med så enorm en hastighed, brydes og knuses de til fragmenter i mikrometer- og nanostørrelse. Ultralydsdisintegratorer kan endda opbryde primærpartikler. Ultralydsflowcellereaktorer sikrer ensartet behandling af alle partikler, så ultralydsformaling resulterer i en snæver partikelstørrelsesfordeling.
Klik her for at få mere at vide om ultralydsformaling!

Ultralydsdisintegratorer til deagglomerering og dispergering

Ultralydsprocesparametre kan styres meget præcist, så ultralydsdisintegratorer kan formale primærpartikler, når der anvendes høje amplituder og forhøjet tryk. På den anden side kan ultralydsdisintegrationssystemer også drives ved lavere amplituder og mildere forhold, så partikelstrukturen og overfladen forbliver intakte, mens agglomeraterne brydes op, og de enkelte partikler fordeles ensartet i suspensionen.
Klik her for at få mere at vide om deagglomerering og dispergering med ultralyd!

Ultralydsdispergering af pyrogen silica: Hielscher ultralydshomogenisatoren UP400S dispergerer hurtigt og effektivt silicapulver til individuelle nanopartikler.

Ultralydsdisintegratorer til emulgering

Når to ikke-blandbare væsker (f.eks. vand og olie) sonikeres, bryder ultralydskavitationen dråberne op – og danner meget små dråber af de to ikke-blandbare faser, som derefter blandes sammen. Da ultralydsdisintegratorer let fremstiller dråber i nanostørrelse, udviser stabiliserede ultralydsemulsioner langtidsstabilitet og et klart, gennemsigtigt udseende.
Klik her for at læse mere om nanoemulgering med ultralyd!

Ultralydsdisintegratorer til opløsning

Ultralydsdisintegratorer anvendes til at opløse pulver og tabletter ved en hurtig, enkel og sikker procedure. Kavitation frembragt med ultralyd eroderer overfladen af faste stoffer og transporterer de eroderede fragmenter ind i væsken, hvorved der dannes en homogen opløsning.
I den farmaceutiske industri er opløsning af tabletter en daglig opgave, f.eks. til analytiske formål. Når tabletter udsættes for et vandigt miljø, opløses tabletten langsomt i en meget tidskrævende proces. Selv ved brug af en almindelig omrører eller bladomrører er den fuldstændige opløsning af tabletter stadig tidskrævende. Ultralydskavitation og dens ekstraordinært intense forskydningskræfter løsner partiklerne fra tabletten og transporterer dem ind i fortyndingsmidlet, hvorved masseoverførslen mellem tablettens overflade og frisk, umættet fortyndingsmiddel holdes kontinuerligt i gang. Dette gør opløsning med ultralyd til en ekstremt hurtig og effektiv proces, som hjælper med at fremskynde opløsningen af lægemidler.
Klik her for at læse mere om opløsning med ultralyd!

Opløsning er en af de mange effektive anvendelser af ultralydsbehandling. Videoen demonstrerer hurtig opløsning af geléfigurer i vand med Hielscher UP200St.

Hvordan fungerer en mekanisk disintegrator?

Ultralydsdisintegratorer til laboratorier anvender det samme mekaniske princip som industrielle disintegratorer. Blandesystemer med disintegratorer disintegrerer agglomerater og aggregater, opløser fast materiale eller dispergerer faste partikler i væskeblandinger. Ultralydsdisintegration anvender en højintensiv ultralydssonde i en batchtank eller i en inlineflowcellereaktor. Ultralydsdisintegratorens sonde (sonotrode) vibrerer i væsken ved en meget høj frekvens og skaber intens ultralydskavitation i væsken. Hvert kollaps af en kavitationsboble resulterer i kraftige forskydningskræfter, som opbryder agglomerater, aggregater og endda primærpartikler. Desuden frembringer ultralydskavitation hurtige kavitationsstrømme med hastigheder på op til 1000km/h. Væskestrålerne fra kavitationen rammer partikelagglomerater, bryder cellevægge, forbedrer materialetransporten i suspensionen og dispergerer faste stoffer i hele væskevolumenet. I ultralydskavitationsfeltet skifter trykket hurtigt og gentagne gange mellem vakuum og op til 1000bar. En roterende blander med 4 blandeblade ville skulle køre ved svimlende 300.000 RPM for at opnå den samme frekvens af skiftende trykcyklusser. Konventionelle roterende blandere og rotor-stator-blandere skaber ingen nævneværdig mængde kavitation på grund af deres hastighedsbegrænsning.

Interesseret i bottom-up-syntese af nanopartikler? – Klik her for at læse mere!

Ultralydsdisintegratorer til laboratorier

Ultralydsapparater med sonde er et meget nyttigt værktøj i ethvert laboratorium. En ultralydssonde (også kendt som en sonotrode) er en titaniumstang med enkel geometri, som er nem at rengøre, og som kobler ultralydsvibrationer ind i en væske. Hielscher fremstiller ultralydssonder og spidser i en bred vifte af størrelser. Til den mest almindelige disintegration af faste stoffer i laboratoriet er ultralydssonder med en spidsdiameter på 3, 7, 14 eller 22mm meget nyttige. Andre sondestørrelser og ultralydssonder i specialstørrelser er tilgængelige. Typiske ultralydsapparater til disintegration i laboratorier har en ultralydseffekt fra 100 til 400 watt.

Industrielle ultralydsdisintegratorer

Hielschers industrielle disintegratorer er ultralydsprocessorer med høj effekt, der er designet til krævende, kontinuerlig disintegration af store suspensionsstrømme. Disse industrielle systemer kan let håndtere høje faststofkoncentrationer. Industrielle ultralydssonder er udstyret med en flange, der kan monteres på ståltanke, glasreaktorer eller plastbeholdere i enhver orientering. Tryksætning af sonikeringsbeholderen eller flowcellen intensiverer den akustiske kavitation og dermed sonikeringsprocessen. Typisk industrielt udstyr til ultralydsdisintegration har en ultralydseffekt fra 1000 til 16.000 watt pr. sonotrode.

Brancher, hvor ultralydsdisintegration er udbredt:

• Dispergering, opløsning og blanding af formuleringer med faste stoffer/væsker
• Materialevidenskab
• Prøveforberedelse før analyse
• Nanopartikelanvendelser
• Partikelfunktionalisering
• Faseoverførselsreaktioner
• Krystallisation / udfældning
• Fødevareforarbejdning
• Papirindustrien
• Nedbrydning af biomasse

Hvordan køber du den rette ultralydsdisintegrator?

Hielscher Ultrasonics er en producent med mange års erfaring inden for højtydende ultralydsdisintegratorer, som anvendes til at dispergere og opbryde partikler eller til at opløse pulvere i væsker. Som markedsleder designer, fremstiller og distribuerer Hielscher ultralydsdisintegratorer og homogenisatorer fra laboratorie- og bordmodeller helt op til fuld industriel skala.

Vi hjælper dig med at besvare følgende spørgsmål for at finde den bedst egnede ultralydsdisintegrator til din anvendelse og dine behov:

• Hvad er din tilsigtede anvendelse?
• Hvad er det typiske volumen, der skal behandles?
• Hvad er processens kritiske faktorer?
• Hvilke kvalitetsstandarder skal opfyldes?

Vores veluddannede og erfarne medarbejdere hjælper dig med alle spørgsmål og med udformningen af din proces. Hielscher Ultrasonics tilbyder dybdegående rådgivning om ultralydsprocesser for at hjælpe vores kunder med at finde det optimale ultralydsapparat. Men Hielschers service slutter ikke her; vi oplærer kunder enten på deres egne faciliteter eller i vores ultralydsproceslaboratorium og tekniske center for at støtte dem under procesudvikling, optimering og opskalering.
Hielscher Ultrasonics’ industrielle ultralydsprocessorer leverer let meget høje amplituder, som er nødvendige for at opbryde hårde partikler og agglomerater eller for at behandle suspensioner med en høj faststofkoncentration. Hielschers industrielle disintegratorer kan køre med amplituder på op til 200µm kontinuerligt i 24/7-drift. Til endnu højere amplituder er specialtilpassede ultralydssonotroder tilgængelige. Yderligere tilbehør såsom amplitude-forstærkende horn, flowceller, sonikeringsreaktorer og komplette recirkulationsopstillinger er let tilgængeligt og gør det muligt at konfigurere dit ultralydssystem efter dine proceskrav.

Avancerede ultralydsdisintegratorer og opløsningsapparater

Hielscher Ultrasonics fokuserer på højtydende disintegratorer med den højeste brugervenlighed og de nyeste tekniske fremskridt. Det betyder, at standarderne for Hielschers laboratoriedisintegratorer i stigende grad tilpasses industrielle maskiners intelligens. Brugeren kan styre Hielschers digitale ultralydsapparater via browserbaseret fjernstyring. Softwaren til automatisk dataregistrering skriver alle vigtige ultralydsparametre såsom nettoeffekt, samlet effekt, amplitude, temperatur, tryk, klokkeslæt og dato som en CSV-fil på et indbygget SD-kort. Desuden kan ultralydsdisintegratoren programmeres til automatisk at slukke efter et bestemt tidsrum eller en bestemt energitilførsel, og der kan programmeres pulserende sonikeringstilstande. Tilslutningsbare temperatur- og tryksensorer gør det muligt nøje at overvåge prøveforholdene. Da temperaturstyring af varmefølsomme materialer er en afgørende faktor for kvaliteten af procesresultaterne, tilbyder Hielscher forskellige løsninger til at holde procestemperaturen inden for det ønskede temperaturområde.
De avancerede funktioner i Hielschers ultralydsapparater sikrer den højeste proceskontrol, pålidelige og reproducerbare sonikeringsresultater, brugervenlighed og arbejdskomfort.
Hielscher Ultrasonics’ industrielle ultralydsprocessorer kan levere meget høje amplituder. Amplituder på op til 200µm kan let anvendes kontinuerligt i 24/7-drift. Til endnu højere amplituder er specialtilpassede ultralydssonotroder tilgængelige. Muligheden for at arbejde med så høje amplituder gør vores kunder i stand til effektivt at formale primærpartikler til nanostørrelse. Robustheden af Hielschers ultralydsudstyr muliggør 24/7-drift under høj belastning og i krævende miljøer.
Læs mere om opløsning med ultralyd og opløsningsapparater!

Kvalitet – fremstillet i Tyskland

Som en familieejet og familiedrevet virksomhed er Hielscher stolt af den høje kvalitet af sine ultralydsprocessorer. Alle ultralydsapparater designes, fremstilles og testes på vores hovedsæde i Teltow nær Berlin i Tyskland. Robustheden af Hielschers ultralydsudstyr muliggør 24/7-drift under høj belastning og i krævende miljøer.

Du kan købe Hielscher ultralydsdisintegratorer i alle forskellige størrelser, og prisudvalget tilbyder et prisoverkommeligt ultralydsapparat, der passer til dit budget. Fra partikeldisintegration i små laboratorieprøveglas til kontinuerlig gennemstrømningsdisintegration af suspensioner i industriel produktion har Hielscher Ultrasonics en passende disintegrator til dig! Kontakt os – vi anbefaler gerne det bedst egnede ultralydsapparat til dig!
Tabellen nedenfor giver dig en indikation af vores ultralydsapparaters omtrentlige behandlingskapacitet: