Υπερήχων διασπορά και αποσυσσωμάτωση

Η διασπορά και η αποσυσσωμάτωση των στερεών σε υγρά είναι μια σημαντική εφαρμογή υπερήχων ισχύος και υπερήχων τύπου ανιχνευτή. Υπερήχων σπηλαίωση δημιουργεί εξαιρετικά υψηλή διάτμηση που σπάει σωματιδίων συσσωματώματα σε ενιαία διασκορπισμένα σωματίδια. Λόγω των τοπικά εστιασμένων υψηλών δυνάμεων διάτμησης, η υπερήχηση είναι ιδανική για την παραγωγή διασπορών mircon- και νανο-μεγέθους για πειραματισμό, έρευνα και ανάπτυξη, και φυσικά για βιομηχανική παραγωγή.

Η ανάμειξη των σκονών σε υγρά είναι ένα κοινό βήμα στη διαμόρφωση διαφόρων προϊόντων, όπως χρώματα, μελάνια, καλλυντικά, ποτά, υδρογέλες ή μέσα στίλβωσης. Τα μεμονωμένα σωματίδια συγκρατούνται μαζί από δυνάμεις έλξης διαφόρων φυσικών και χημικών φύσεων, συμπεριλαμβανομένων των δυνάμεων van der Waals και της τάσης της επιφάνειας του υγρού. Αυτό το αποτέλεσμα είναι ισχυρότερο για υγρά υψηλότερου ιξώδους, όπως πολυμερή ή ρητίνες. Οι δυνάμεις έλξης πρέπει να ξεπεραστούν προκειμένου να αποσυσσωματωθούν και να διασκορπιστούν τα σωματίδια σε υγρά μέσα. Διαβάστε παρακάτω γιατί οι ομογενοποιητές υπερήχων είναι ο ανώτερος εξοπλισμός διασποράς για τη διασπορά σωματιδίων μεγέθους submicron και nano στο εργαστήριο και τη βιομηχανία.

Υπερήχων διασπορά των στερεών σε υγρά

Η αρχή λειτουργίας των ομογενοποιητών υπερήχων βασίζεται στο φαινόμενο της ακουστικής σπηλαίωσης. Η ακουστική σπηλαίωση είναι γνωστό ότι δημιουργεί έντονες φυσικές δυνάμεις, συμπεριλαμβανομένων πολύ ισχυρών δυνάμεων διάτμησης. Η εφαρμογή μηχανικής καταπόνησης διασπά τα συσσωματώματα σωματιδίων. Επίσης, το υγρό πιέζεται μεταξύ των σωματιδίων.
Ενώ για τη διασπορά των σκονών σε υγρά, διατίθενται στο εμπόριο διάφορες τεχνολογίες όπως ομογενοποιητές υψηλής πίεσης, μύλοι σφαιριδίων αναδευτήρα, μύλοι αεριωθούμενων αεροσκαφών και αναμικτήρας ρότορα-στάτορα. Ωστόσο, υπερήχων διασκορπιστές έχουν σημαντικά πλεονεκτήματα. Διαβάστε παρακάτω πώς λειτουργεί η υπερηχητική διασπορά και ποια είναι τα πλεονεκτήματα της υπερηχητικής διασποράς.

Η αρχή λειτουργίας της υπερηχητικής σπηλαίωσης και διασποράς

Κατά τη διάρκεια της υπερήχων, τα ηχητικά κύματα υψηλής συχνότητας δημιουργούν εναλλασσόμενες περιοχές συμπίεσης και αραίωσης στο υγρό μέσο. Καθώς τα ηχητικά κύματα περνούν μέσα από το μέσο, δημιουργούν φυσαλίδες που επεκτείνονται γρήγορα και στη συνέχεια καταρρέουν βίαια. Αυτή η διαδικασία ονομάζεται ακουστική σπηλαίωση. Η κατάρρευση των φυσαλίδων δημιουργεί κρουστικά κύματα υψηλής πίεσης, μικροπίδακες και δυνάμεις διάτμησης που μπορούν να διασπάσουν μεγαλύτερα σωματίδια και να συσσωματωθούν σε μικρότερα σωματίδια. Στις διαδικασίες διασποράς υπερήχων, τα ίδια τα σωματίδια στη λειτουργία διασποράς ως μέσο άλεσης. Επιταχύνεται από τις δυνάμεις διάτμησης της υπερηχητικής σπηλαίωσης, τα σωματίδια συγκρούονται μεταξύ τους και θρυμματίζονται σε μικροσκοπικά θραύσματα. Δεδομένου ότι δεν προστίθενται χάντρες ή μαργαριτάρια στην υπερηχητικά επεξεργασμένη διασπορά, αποφεύγεται εντελώς ο χρονοβόρος και εντατικός διαχωρισμός και ο καθαρισμός των μέσων άλεσης καθώς και η μόλυνση.
Αυτό καθιστά κατεργασία με υπερήχους τόσο αποτελεσματική στη διασπορά και αποσυσσωμάτωση σωματιδίων, ακόμη και εκείνων που είναι δύσκολο να διασπαστούν με άλλες μεθόδους. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα μια πιο ομοιόμορφη κατανομή των σωματιδίων, οδηγώντας σε βελτιωμένη ποιότητα και απόδοση του προϊόντος.
Επιπλέον, κατεργασία με υπερήχους μπορεί εύκολα να χειριστεί, να διασκορπίσει και να συνθέσει νανοϋλικά όπως νανοσφαιρίδια, νανοκρυστάλλους, νανοφύλλα, νανοΐνες, νανοκαλώδια, σωματίδια πυρήνα-κελύφους και άλλες πολύπλοκες δομές.
Επιπλέον, υπερήχηση μπορεί να πραγματοποιηθεί σε σχετικά σύντομο χρονικό διάστημα, το οποίο είναι ένα σημαντικό πλεονέκτημα έναντι άλλων τεχνικών διασποράς.

Πλεονεκτήματα των υπερήχων διασκορπιστές έναντι εναλλακτικών τεχνολογιών ανάμειξης

Οι υπερηχητικοί διασκορπιστές προσφέρουν πολλά πλεονεκτήματα έναντι των εναλλακτικών τεχνολογιών ανάμειξης, όπως ομογενοποιητές υψηλής πίεσης, άλεση σφαιριδίων ή ανάμιξη ρότορα-στάτορα. Μερικά από τα πιο σημαντικά πλεονεκτήματα περιλαμβάνουν:

• Βελτιωμένη μείωση μεγέθους σωματιδίων: Οι υπερηχητικοί διασκορπιστές μπορούν να μειώσουν αποτελεσματικά τα μεγέθη σωματιδίων στην περιοχή νανομέτρων, κάτι που δεν είναι δυνατό με πολλές άλλες τεχνολογίες ανάμειξης. Αυτό τα καθιστά ιδανικά για εφαρμογές όπου το μέγεθος των λεπτών σωματιδίων είναι κρίσιμο.
• Ταχύτερη ανάμιξη: Οι υπερηχητικοί διασκορπιστές μπορούν να αναμίξουν και να διασκορπίσουν υλικά γρηγορότερα από πολλές άλλες τεχνολογίες, γεγονός που εξοικονομεί χρόνο και αυξάνει την παραγωγικότητα.
• Καμία μόλυνση: Οι υπερηχητικοί διασκορπιστές δεν απαιτούν τη χρήση μέσων άλεσης auch ως χάντρες ή μαργαριτάρια, τα οποία μολύνουν τη διασπορά με τριβή.
• Καλύτερη ποιότητα προϊόντων: Υπερήχων διασκορπιστές μπορούν να παράγουν πιο ομοιόμορφα μείγματα και εναιωρήματα, με αποτέλεσμα την καλύτερη ποιότητα και συνέπεια του προϊόντος. Ειδικά σε λειτουργία ροής, ο πολτός διασποράς περνά τη ζώνη σπηλαίωσης υπερήχων με εξαιρετικά ελεγχόμενο τρόπο εξασφαλίζοντας μια πολύ ομοιόμορφη επεξεργασία.
• Χαμηλότερη κατανάλωση ενέργειας: Υπερήχων διασκορπιστές απαιτούν συνήθως λιγότερη ενέργεια από άλλες τεχνολογίες, η οποία μειώνει το λειτουργικό κόστος.
• Ευλυγισία: Υπερήχων διασκορπιστές μπορεί να χρησιμοποιηθεί για ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών, συμπεριλαμβανομένης της ομογενοποίησης, γαλακτωματοποίηση, διασπορά, και αποσυσσωμάτωση. Μπορούν επίσης να χειριστούν μια ποικιλία υλικών, συμπεριλαμβανομένων λειαντικών υλικών, ινών, διαβρωτικών υγρών, ακόμη και αερίων.

Λόγω αυτών των πλεονεκτημάτων της διαδικασίας, καθώς και της αξιοπιστίας και της απλής λειτουργίας, οι υπερηχητικοί διασκορπιστές ανταγωνίζονται εναλλακτικές τεχνολογίες ανάμειξης, καθιστώντας τους μια δημοφιλή επιλογή για πολλές βιομηχανικές εφαρμογές.

Υπερήχων διασπορά του καπνισμένου πυριτίου στο νερό: Πριν από υπερήχους το συσσωματωμένο μέγεθος σωματιδίων πυριτίου είναι περισσότερο από 200 micron (D50). Μετά από υπερηχητική διασπορά του καπνισμένου διοξειδίου του πυριτίου, τα περισσότερα από τα σωματίδια μειώθηκαν σε λιγότερο από 200 νανόμετρα.

Υπερήχων διασπορά και αποσυσσωμάτωση σε οποιαδήποτε κλίμακα

Hielscher προσφέρει συσκευές υπερήχων για τη διασπορά και την αποσυσσωμάτωση οποιουδήποτε όγκου για παρτίδα ή ενσωματωμένη επεξεργασία. Οι εργαστηριακές συσκευές υπερήχων χρησιμοποιούνται για όγκους από 1.5mL έως περίπου 2L. Οι βιομηχανικές συσκευές υπερήχων χρησιμοποιούνται στη διαδικασία ανάπτυξης και παραγωγής για παρτίδες από 0,5 έως περίπου 2000L ή ρυθμούς ροής από 0,1L έως 20m³ ανά ώρα.

Hielscher Υπέρηχοι βιομηχανική υπερήχων επεξεργαστές μπορεί να παραδώσει πολύ υψηλά πλάτη έτσι αξιόπιστα διασπορά και άλεση σωματιδίων σε νανο-κλίμακα. Πλάτη έως 200μm μπορούν εύκολα να λειτουργούν συνεχώς σε 24 ώρες το 24ωρο, 7 ημέρες την εβδομάδα λειτουργία. Για ακόμη υψηλότερα πλάτη, διατίθενται προσαρμοσμένα υπερηχητικά sonotrodes.

Πλεονεκτήματα της υπερηχητικής διασποράς: Εύκολο να κλιμακωθεί

Διαφορετικά από άλλες τεχνολογίες διασποράς, υπερήχους μπορεί να κλιμακωθεί εύκολα από το εργαστήριο στο μέγεθος παραγωγής. Οι εργαστηριακές δοκιμές θα επιτρέψουν την ακριβή επιλογή του απαιτούμενου μεγέθους εξοπλισμού. Όταν χρησιμοποιούνται σε τελική κλίμακα, τα αποτελέσματα της διαδικασίας είναι πανομοιότυπα με τα εργαστηριακά αποτελέσματα.

Υπερήχων: Στιβαρό και εύκολο να καθαριστεί

Η υπερηχητική ισχύς μεταδίδεται στο υγρό μέσω ενός sonotrode. Αυτό είναι ένα τυπικά περιστροφικό συμμετρικό τμήμα, το οποίο επεξεργάζεται από τιτάνιο στερεής ποιότητας αεροσκάφους. Αυτό είναι επίσης το μόνο κινούμενο / δονούμενο βρεγμένο μέρος. Είναι το μόνο εξάρτημα που υπόκειται σε φθορά και μπορεί εύκολα να αντικατασταθεί μέσα σε λίγα λεπτά. Οι φλάντζες αποσύζευξης ταλάντωσης επιτρέπουν την τοποθέτηση του sonotrode σε ανοικτά ή κλειστά δοχεία υπό πίεση ή κυψέλες ροής σε οποιονδήποτε προσανατολισμό. Δεν χρειάζονται ρουλεμάν. Όλα τα άλλα βρεγμένα μέρη είναι γενικά κατασκευασμένα από ανοξείδωτο χάλυβα. Οι αντιδραστήρες κυψελών ροής έχουν απλές γεωμετρίες και μπορούν εύκολα να αποσυναρμολογηθούν και να καθαριστούν, π.χ. με έκπλυση και σκούπισμα. Δεν υπάρχουν μικρά στόμια ή κρυφές γωνίες.

Υπερήχων καθαρότερο στη θέση του

Ο υπέρηχος είναι γνωστός για τις εφαρμογές καθαρισμού του, όπως ο καθαρισμός επιφανειών, τμημάτων. Η υπερηχητική ένταση που χρησιμοποιείται για τη διασπορά εφαρμογών είναι πολύ υψηλότερη από ό, τι για τον τυπικό καθαρισμό υπερήχων. Όταν πρόκειται για τον καθαρισμό των βρεγμένων τμημάτων της συσκευής υπερήχων, η υπερηχητική ισχύς μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να βοηθήσει τον καθαρισμό κατά τη διάρκεια της έκπλυσης και του ξεπλύματος, καθώς η υπερηχητική / ακουστική σπηλαίωση αφαιρεί σωματίδια και υγρά υπολείμματα από το sonotrode και από τα τοιχώματα των κυττάρων ροής.

Βιβλιογραφία / Αναφορές