Ultraheli desintegreerimine: märgamine, lahustamine, dispergeerimine

Ultraheli integraatoreid kasutatakse laialdaselt osakeste ja pulbrite märgamiseks, dispergeerimiseks või vedelikes lahustamiseks. Suure jõudlusega sonikaatorid tekitavad intensiivseid nihkejõude, mis lõhuvad ja purustavad agregaate, aglomeraate ja primaarseid osakesi mikroskoopilise või nanomõõtmeni. Ühtlane osakeste töötlus akustilise kavitatsiooni väljas annab kitsa osakeste jaotuse ja ühtlase osakeste pinna.

Ultraheli desintegraatorid ja nende rakendused

Ultraheli desintegraatorid tekitavad intensiivseid nihkejõude, mis avaldavad tahketele ainetele, nagu osakesed, kristallid ja kiud, vajaliku mõju, et neid lõhkuda ja peenestada soovitud suuruseni, nt mikro- või nanomõõtmeni. Võrreldes alternatiivsete desintegreerimismeetoditega, nagu suure nihkega labadega segistid, kõrgsurve homogenisaatorid, kuulveskid, mikrofluidisaatorid jms, pakuvad ultraheli desintegraatorid mitmeid olulisi eeliseid.

Ultraheli desintegraatorite eelised

• Suure intensiivsusega kavitatsioon ja nihe
• Ühtlane osakeste töötlus
• Suured tahkete ainete kontsentratsioonid
• Düüsideta / ummistumist pole
• Jahvatuskeskkonda (nt kuule) pole vaja
• Lineaarne skaleeritavus
• Lihtne ja ohutu kasutada
• Lihtne puhastada
• Aja- ja energiatõhus

 

Ultraheli sondtüüpi desintegraatorite tööpõhimõte põhineb akustilise kavitatsiooni tekitamisel. Ultraheli sondi kaudu edastatakse suure intensiivsusega ultrahelilained töödeldavasse keskkonda (st vedelikku või suspensiooni). Ultrahelilained liiguvad läbi vedeliku ning tekitavad seal vahelduvaid kõrg- ja madalrõhutsükleid. Madalrõhutsüklite ajal tekivad pisikesed vaakummullid, nn kavitatsioonimullid. Need kavitatsioonimullid kasvavad mitme rõhutsükli jooksul, kuni jõuavad suuruseni, kus nad ei suuda enam energiat neelata. Sel hetkel kavitatsioonimullid implodeerivad jõuliselt ja tekitavad lokaalselt äärmuslikke tingimusi, nagu väga kõrged temperatuurid, rõhud, äärmuslikud temperatuuri- ja rõhuerinevused (tingituna kiirest kuumenemisest / jahtumisest ja rõhukõikumistest), mikroturbulents ning vedelikuvoolud kiirusega kuni 180m/s. Need tingimused avaldavad keskkonnas olevatele osakestele olulist mehaanilist mõju, sest suure kiirusega vedelikuvoolud kiirendavad keskkonnas olevaid osakesi nii, et osakesed põrkuvad. Osakestevahelise põrke tõttu tahke aine (nt osakesed, kiud, rakud) erodeerub, puruneb ja killustub mikro- ja nanomõõtmelisteks tükkideks.
Ultraheli töötlusel tekkiv tugev turbulents suurendab faaside vahelist massiülekannet ja soodustab seeläbi pulbrite lahustumist või heterogeenseid keemilisi reaktsioone. See teeb ultraheli desintegraatoritest eelistatud vahendi selliste protsesside intensiivistamiseks nagu jahvatamine, dispergeerimine, emulgeerimine ja lahustamine.

Loe lähemalt keemiliste reaktsioonide ultraheliga intensiivistamisest (sonokeemia)!

Ultraheli desintegraatorite rakendused

• Jahvatamine ja peenestamine
• Deaglomeratsioon ja dispergeerimine
• Emulgeerimine
• Pulbrite lahustamine
• Massiülekande parandamine
• Sonokeemilised reaktsioonid

Ultraheli desintegraatorid osakeste suuruse vähendamiseks

Ultraheli desintegraatoreid kasutatakse osakeste suuruse vähendamiseks ja osakeste jaotamiseks, olenemata sellest, kas tegemist on primaarsete osakeste tegeliku peenestamisega (nimetatakse jahvatamiseks) või aglomeraatide lõhkumisega (nimetatakse deaglomeratsiooniks / dispergeerimiseks).

Ultraheli desintegraatorid jahvatamiseks ja peenestamiseks

Ultraheli abil tekitatud kavitatsioon tekitab intensiivseid nihkejõude ja sellest tulenevat osakestevahelist kokkupõrget. Suspensioonis olevad tahked osakesed toimivad jahvatuskeskkonnana (võrreldav helmeste või pärlitega helmes-/pärlveskis): kavitatsioonilised vedelikuvoolud kiirendavad neid, ulatudes hõlpsasti kiiruseni kuni 180m/s. Kui osakesed põrkuvad üksteisega nii suure kiirusega, purunevad nad ja killustuvad mikromeetri- ja nanomeetrisuurusteks fragmentideks. Ultraheli disintegraatorid suudavad purustada isegi primaarosakesi. Ultraheli läbivoolukambriga reaktorid tagavad kõigi osakeste ühtlase töötlemise, nii et ultraheli jahvatamise tulemusel saadakse kitsas osakeste suurusjaotus.
Klõpsake siia, et lugeda lähemalt ultraheli jahvatamise kohta!

Ultraheli disintegraatorid deaglomeratsiooniks ja dispergeerimiseks

Ultraheli protsessiparameetreid saab väga täpselt juhtida, nii et ultraheli disintegraatorid suudavad jahvatada primaarosakesi, kui rakendatakse suuri amplituude ja kõrgendatud rõhku. Teisalt saab ultraheli disintegreerimissüsteeme kasutada ka madalamatel amplituudidel ja leebemates tingimustes, nii et osakeste struktuur ja pind jäävad terveks, kuid aglomeraadid lõhutakse laiali ning üksikosakesed jaotuvad suspensioonis ühtlaselt.
Klõpsake siia, et lugeda lähemalt ultraheli deaglomeratsiooni ja dispergeerimise kohta!

Pürogeense ränidioksiidi ultrahelidispergeerimine: Hielscher ultrahelihomogenisaator UP400S dispergeerib ränidioksiidipulbri kiiresti ja tõhusalt üksikuteks nanoosakesteks.

Ultraheli disintegraatorid emulgeerimiseks

Kui kahte omavahel mittesegunevat vedelikku (nt vesi ja õli) ultraheliga töödeldakse (sonikeeritakse), lõhub ultraheli kavitatsioon tilgad – tekivad väga väikesed tilgad kahest omavahel mittesegunevast faasist, mis seejärel kokku segunevad. Kuna ultraheli disintegraatorid tekitavad hõlpsasti nanosuuruses tilku, on stabiliseeritud ultraheli emulsioonid pikaajaliselt stabiilsed ja selge läbipaistva välimusega.
Klõpsake siia, et lugeda lähemalt ultraheli nanoemulgeerimise kohta!

Ultraheli disintegraatorid lahustamiseks

Ultraheli disintegraatoreid kasutatakse pulbri ja tablettide lahustamiseks kiires, lihtsas ja ohutus protseduuris. Ultraheli abil tekitatud kavitatsioon kulutab tahkete ainete pinda ja transpordib eraldunud fragmendid vedelikku, tekitades seeläbi homogeense lahuse.
Farmaatsiatööstuses on tablettide lahustamine igapäevane ülesanne, nt analüütilistel eesmärkidel. Kui tabletid puutuvad kokku vesikeskkonnaga, lahustub tablett aeglaselt ja väga ajamahukas protsessis. Isegi tavalise segisti või labaagitaatori kasutamisel jääb tablettide täielik lahustamine ajamahukaks. Ultraheli kavitatsioon ja selle erakordselt intensiivsed nihkejõud eraldavad osakesed tabletist ja transpordivad need lahjendisse, hoides seeläbi pidevalt käigus massiülekande tableti pinna ning värske, küllastumata lahjendi vahel. See muudab ultraheli lahustamise äärmiselt kiireks ja tõhusaks protsessiks, mis aitab kiirendada ravimi lahustumist.
Klõpsake siia, et lugeda lähemalt ultraheli lahustamise kohta!

Lahustamine on üks paljudest suure intensiivsusega ultraheli rakendustest. Video näitab kummikommide kiiret lahustamist vees seadmega Hielscher UP200St.

Kuidas mehaaniline disintegraator töötab?

Ultraheli laboratoorsed desintegraatorid kasutavad sama mehaanilist põhimõtet nagu tööstuslikud desintegraatorid. Desintegraatorsegamissüsteemid lõhuvad aglomeraate ja agregaate, lahustavad tahket ainet või dispergeerivad tahkeid osakesi vedelsegudes. Ultraheli desintegreerimisel kasutatakse suure intensiivsusega ultraheli sondi partiimahutis või läbivoolu läbivoolukambriga reaktoris. Ultraheli desintegraatori sond (sonotrood) vibreerib vedelikus väga kõrgel sagedusel ja tekitab vedelikus intensiivse ultraheli kavitatsiooni. Iga kavitatsioonimulli kokkuvarisemine tekitab võimsad nihkejõud, mis lõhuvad aglomeraate, agregaate ja isegi primaarosakesi. Lisaks tekitab ultraheli kavitatsioon kiire kavitatsioonivoolu kiirusega kuni 1000km/h. Kavitatsioonist tingitud vedelikujoad pommitavad osakeste aglomeraate, rebivad rakuseinu, parandavad ainevahetust suspensioonis ja dispergeerivad tahked osakesed kogu vedeliku mahus. Ultraheli kavitatsiooniväljas vahelduvad rõhud kiiresti ja korduvalt vaakumi ja kuni 1000bar vahel. 4 segamislabaga pöörlev mikser peaks töötama hämmastava kiirusega 300 000 p/min, et saavutada sama rõhutsüklite vahelduse sagedus. Tavalised pöörlevad segistid ja rotor-stator segistid ei tekita oma kiiruspiirangu tõttu märkimisväärset kavitatsiooni.

Kas olete huvitatud nanoosakeste bottom-up sünteesist? – Klõpsake siin, et lugeda lähemalt!

Ultraheli laboridesintegraatorid

Sondtüüpi ultraheliseadmed on igas laboris väga kasulik tööriist. Ultraheli sond (tuntud ka kui sonotrood) on lihtsa geomeetriaga ja kergesti puhastatav titaanvarras, mis suunab ultraheli vibratsiooni vedelikku. Hielscher valmistab ultraheli sonde ja otsikuid paljudes erinevates suurustes. Tahkete ainete kõige levinumaks desintegreerimiseks laboris sobivad väga hästi ultraheli sondid, mille otsa läbimõõt on 3, 7, 14 või 22mm. Saadaval on ka teisi sondi suurusi ja kliendi soovi järgi valmistatud ultraheli sonde. Tüüpiliste laboratoorseks desintegreerimiseks mõeldud ultraheliseadmete ultraheli võimsus on vahemikus 100 kuni 400 vatti.

Tööstuslikud ultraheli desintegraatorid

Hielscheri tööstuslikud desintegraatorid on suure võimsusega ultraheliprotsessorid, mis on ette nähtud suurte suspensioonivoogude raskeks pidevaks desintegreerimiseks. Need tööstussüsteemid suudavad hõlpsasti töödelda suure tahke aine kontsentratsiooniga suspensioone. Tööstuslikud ultraheli sondid on varustatud äärikuga, mille abil saab need kinnitada terasmahutitele, klaasreaktoritele või plastmahutitele mis tahes asendis. Sonikeerimisanuma või läbivoolukambri survestamine tugevdab akustilist kavitatsiooni ja seeläbi ka ultraheli töötlust. Tüüpilise tööstusliku ultraheli desintegreerimisseadme ultraheli võimsus on vahemikus 1000 kuni 16 000 vatti sonotroodi kohta.

Tööstusharud, kus ultraheli desintegreerimist laialdaselt kasutatakse:

• Tahke aine/vedeliku segude dispergeerimine, lahustamine ja segamine
• Materjaliteadus
• Proovide ettevalmistus enne analüüsi
• Nanoosakeste rakendused
• Osakeste funktsionaliseerimine
• Faasisiirdereaktsioonid
• Kristalliseerimine / sadestamine
• Toidu töötlemine
• Paberitööstus
• Biomassi lagundamine

Kuidas valida õiget ultraheli desintegraatorit?

Hielscher Ultrasonics on pikaajalise kogemusega suure jõudlusega ultraheli desintegraatorite tootja, mida kasutatakse osakeste dispergeerimiseks ja lõhkumiseks või pulbrite lahustamiseks vedelikes. Turuliidrina projekteerib, toodab ja turustab Hielscher ultraheli desintegraatoreid ja homogenisaatoreid labori- ja lauaseadmetest kuni täismahus tööstusliku skaalani.

Aitame teil vastata järgmistele küsimustele, et leida teie rakenduse ja vajaduste jaoks sobivaim ultraheli desintegraator:

• Mis on teie sihtrakendus?
• Milline on tavapärane töödeldav maht?
• Millised on protsessi kriitilised tegurid?
• Millised kvaliteedistandardid tuleb saavutada?

Meie hästi koolitatud ja kogenud töötajad aitavad teid kõigi küsimuste ning teie protsessi kontseptsiooni väljatöötamisel. Hielscher Ultrasonics pakub põhjalikku ultrahelitöötluse protsesside nõustamist, et aidata meie klientidel leida optimaalne ultraheliseade. Kuid Hielscheri teenus ei lõpe sellega: koolitame kliente kas nende enda ruumides või meie ultraheliprotsesside laboris ja tehnikakeskuses, et toetada neid protsessi arendamisel, optimeerimisel ja mastaapimisel.
Hielscher Ultrasonicsi tööstuslikud ultraheliprotsessorid tagavad hõlpsalt väga suured amplituudid, mis on vajalikud kõvade osakeste ja aglomeraatide purustamiseks või suure tahkete osakeste kontsentratsiooniga suspensioonide töötlemiseks. Hielscheri tööstuslikke desintegraatoreid saab kasutada amplituudidega kuni 200µm pidevas 24/7 töörežiimis. Veelgi suuremate amplituudide jaoks on saadaval kohandatud ultraheli sonotroodid. Lisatarvikud, nagu võimendid (booster horns), läbivoolukambrid, sonikeerimisreaktorid ja täielikud retsirkulatsioonisüsteemid, on kiiresti kättesaadavad ning võimaldavad konfigureerida teie ultraheli süsteemi täpselt teie protsessi nõuetele vastavaks.

Täiustatud ultraheli desintegraatorid ja lahustid

Hielscher Ultrasonics keskendub suure jõudlusega desintegraatoritele, millel on parim kasutajasõbralikkus ja kaasaegseimad tehnilised lahendused. See tähendab, et Hielscheri laboridesintegraatorite standardid lähenevad üha enam tööstusseadmete intelligentsusele. Kasutaja saab Hielscheri digitaalseid sonikaatoreid juhtida brauseri kaugjuhtimise kaudu. Automaatne andmete salvestamise tarkvara kirjutab kõik olulised ultraheliparameetrid, nagu netovõimsus, koguvõimsus, amplituud, temperatuur, rõhk, kellaaeg ja kuupäev, CSV-failina sisseehitatud SD-kaardile. Lisaks saab ultraheli desintegraatori programmeerida automaatselt välja lülituma pärast kindlat aega või kindla energiakoguse sisestamist või programmeerida pulseerivaid sonikeerimisrežiime. Ühendatavad temperatuuri- ja rõhuandurid võimaldavad proovi seisundit hoolikalt jälgida. Kuna kuumustundlike materjalide temperatuuri reguleerimine on protsessi tulemuste kvaliteedi seisukohalt otsustav tegur, pakub Hielscher mitmesuguseid lahendusi protsessi temperatuuri hoidmiseks soovitud temperatuurivahemikus.
Hielscheri sonikaatorite täiustatud funktsioonid tagavad parima protsessikontrolli, usaldusväärsed ja reprodutseeritavad ultraheli töötluse tulemused, kasutajasõbralikkuse ja töömugavuse.
Hielscher Ultrasonicsi tööstuslikud ultraheliprotsessorid suudavad tagada väga suuri amplituude. Amplituude kuni 200µm saab hõlpsalt pidevalt kasutada 24/7 töörežiimis. Veelgi suuremate amplituudide jaoks on saadaval kohandatud ultraheli sonotroodid. Võime töötada nii suurte amplituudidega võimaldab meie klientidel jahvatada primaarseid osakesi tõhusalt nanosuuruseni. Hielscheri ultraheliseadmete töökindlus võimaldab 24/7 töötamist suure koormuse all ja nõudlikes keskkondades.
Loe lähemalt ultraheli abil lahustamise ja lahustite kohta!

Kvaliteet – valmistatud Saksamaal

Perefirmana, mida juhib ja omab pere, on Hielscher uhke oma ultraheliprotsessorite kõrge kvaliteedi üle. Kõik sonikaatorid projekteeritakse, toodetakse ja testitakse meie peakontoris Teltowis Berliini lähedal Saksamaal. Hielscheri ultraheliseadmete töökindlus võimaldab 24/7 töötamist suure koormuse all ja nõudlikes keskkondades.

Hielscheri ultraheli desintegraatoreid saab osta kõigis erinevates suurustes ning hinnavahemik pakub taskukohast sonikaatorit, mis sobib teie eelarvega. Alates osakeste desintegreerimisest väikestes laboriviaalides kuni suspensioonide pideva läbivoolu-desintegreerimiseni tööstuslikus tootmises – Hielscher Ultrasonicsil on teile sobiv desintegraator! Palun võtke meiega ühendust – soovitame teile hea meelega kõige sobivamat sonikaatorit!
Alljärgnev tabel annab ülevaate meie sonikaatorite ligikaudsest töötlusvõimsusest: