Ultraheli sukelhomogenisaatorid
Ultraheli sukelhomogenisaatoreid hinnatakse kaasaegses protsessitehnikas eriti kõrgelt, sest need ühendavad mehaanilise lihtsuse äärmise protsessi tõhususega. Viies ultraheli energia otse vedelasse faasi, kõrvaldavad sondtüüpi sonikaatorid vahepealsed ülekandekaod, mis on tavalised kaudsetes süsteemides. Tulemuseks on elektrienergia väga tõhus muundamine mehaaniliseks kavitatsiooniks, mis tagab, et peaaegu kogu rakendatud võimsus aitab otseselt kaasa homogeniseerimisele, dispergeerimisele või rakkude lõhkumisele. See otsene sidestus muudab ultraheli sukelhomogenisaatorid eriti atraktiivseks energiateadlikele tööstuslikele tegevustele.
Võimsa ultrahelikiirgusega töötavad sukelhomogenisaatorid
Hielscher Ultrasonicsi suure jõudlusega sondtüüpi sonikaatorid
Hielscheri ultraheli sukelhomogenisaatorid on täiustatud sondtüüpi sonikaatorid, mis on loodud tõhusaks, skaleeritavaks ja korratavaks homogeniseerimiseks, emulgeerimiseks, dispergeerimiseks ja rakkude lõhkumiseks. Hielscheri ultraheli homogenisaatorid, mida kasutatakse laboris, pilootmastaabis ja tööstuslikus tootmises, pakuvad võrreldes tavapäraste homogeniseerimistehnoloogiatega võrratut energiatõhusust, protsessi juhitavust ja mitmekülgsust.
Edastades suure intensiivsusega ultraheli otse vedelikesse, tekitavad ultraheli sukelhomogenisaatorid kontrollitud akustilist kavitatsiooni, mis võimaldab usaldusväärselt töödelda isegi kõige nõudlikumaid koostisi.
Mis on ultraheli sukelhomogenisaator?
Ultraheli sukelhomogenisaator – tuntud ka kui sondtüüpi sonikaator – kasutab otse tootesse sukeldatud titaanist sonotroodi. Kõrgsageduslikud mehaanilised vibratsioonid (tavaliselt 20 kHz) tekitavad intensiivseid kavitatsioonijõude, mis:
- purustavad osakesed submikromeetrilise ja nanomeetrilise suuruseni
- lõhuvad tõhusalt rakuseinu
- loovad stabiilseid emulsioone ja suspensioone
- kiirendavad keemilisi ja füüsikalisi protsesse
Erinevalt kaudsetest ultrahelivannidest või mehaanilistest homogenisaatoritest annavad sondtüüpi sonikaatorid fokusseeritud ultraheli võimsuse täpselt sinna, kus seda vaja on.
Sondtüüpi ultraheli homogenisaatorite peamised eelised
Ultraheli homogenisaatorid suudavad töödelda keerukaid ja nõudlikke koostisi, mida tavapäraste homogenisaatoritega on raske või võimatu käsitseda. Kõrge tahkisesisaldusega, tiksotroopseid vedelikke, abrasiivseid suspensioone ja väga viskoosseid tooteid saab töödelda usaldusväärselt ilma ummistumiseta, liigse kulumiseta või jõudluse languseta. See töökindlus võimaldab tootjatel lihtsustada protsessiahelaid, vähendada eelsegamise etappe ja laiendada koostise paindlikkust, investeerimata mitmesse spetsialiseeritud masinasse.
- Parem homogeniseerimise tõhusus
Ultraheli sukelhomogenisaatorid saavutavad palju suurema energiatiheduse kui rootor-staator segistid, kõrgsurvehomogenisaatorid või kuulveskid. See tähendab:- Kiiremat töötlusaega
- Väiksemaid ja ühtlasemaid osakeste suurusi
- Väiksemat töötluskordade arvu
Suur nihkejõud ja kavitatsiooniefektid tekivad otse sondi otsas, tagades maksimaalse protsessi intensiivsuse minimaalse energiakaoga.
- Täpne protsessi juhtimine ja korratavus
Hielscheri ultraheli homogenisaatorid pakuvad täielikku kontrolli peamiste parameetrite üle, sealhulgas:- Amplituud
- Sisendvõimsus (W)
- Energia mahuühiku kohta (Wh/L)
- Temperatuur (välise jahutusega)
- Rõhk
See juhitavuse tase tagab suurepärase partiidevahelise korratavuse, mis on kriitilise tähtsusega teadus- ja arendustegevuses, skaleerimisel ning reguleeritud tööstuslikus tootmises.
- Skaleeritav laborist tööstusliku tootmiseni
Hielscheri sondtüüpi sonikaatorite suur eelis on tõeline lineaarne skaleeritavus:- Laborisüsteemid teostatavusuuringuteks
- Pilootsüsteemid protsessi arendamiseks
Tööstuslikud ultraheli homogenisaatorid pidevaks inline-töötluseks
- Mitmekülgsus erinevates rakendustes
Ultraheli sukelhomogenisaatorid sobivad paljudeks erinevateks rakendusteks, sealhulgas:- Emulgeerimine (õli/vesi, nanoemulsioonid)
- Nanoosakeste ja pigmentide dispergeerimine
- Rakkude lüüs ja ekstraheerimine
- Pulbrite deaglomeratsioon
- Sonokeemilised reaktsioonid
Need edestavad paljusid alternatiivseid homogenisaatoreid, eriti kõrge viskoossusega, abrasiivsete või suure tahkete osakeste sisaldusega koostiste töötlemisel.
- Õrn töötlus võrreldes kõrgsurvehomogenisaatoritega
Erinevalt kõrgsurvehomogenisaatoritest ultraheli sondsüsteemid:- ei vaja äärmuslikku survet
- väldivad kitsaid ventiile, mis kergesti ummistuvad
- vähendavad tundlike toodete mehaanilist koormust
Temperatuuri saab täpselt reguleerida, mistõttu on ultraheli homogeniseerimine ideaalne kuumustundlike materjalide, näiteks valkude, ensüümide ja ravimite jaoks.
- Väiksemad hooldus- ja kasutuskulud
Hielscheri ultraheli sukelhomogenisaatoritel on:- Liikuvad osad puuduvad
- Vastupidavad titaanist sonotroodid
- CIP/SIP hügieeniliste protsessitingimuste tagamiseks
- Perioodilises töös: puuduvad tihendid, ventiilid ja kõrgsurvepumbad
- Lineaarne skaleeritavus läbivoolutöötluseni
Laborimastaabis välja töötatud protsessiparameetreid saab otse üle kanda suurematesse süsteemidesse ilma ümberformuleerimise või katse-eksituse meetodil tehtavate kohandusteta.
| Tehnoloogia | Peamised piirangud võrreldes ultraheli sukelhomogenisaatoritega |
|---|---|
| Rootor-stator segistid | Piiratud osakeste suuruse vähendamine, nõrk nanomastaabi võimekus |
| Kõrgsurvehomogenisaatorid | Suur energiatarve, ummistumisoht, keeruline hooldus |
| Helmesveskid | Saastumisoht, pikad töötlusajad, jahvatuskeskkonna kulumine |
| Ultraheli vannid | Vormi- ja struktuuritegurite väärtõlgendamine suurte klastrite tõttu. Madal võimsustihedus, ebaühtlane töötlus, halb reprodutseeritavus, sobimatu skaleerimiseks |
Sondtüüpi sonikaatorid on sukelhomogenisaatorid, mis pakuvad parimat tasakaalu võimsustiheduse, juhitavuse, skaleeritavuse ja efektiivsuse vahel.
Intensiivistage oma homogeniseerimisprotsessi
Ultraheli tehnoloogiat tunnustatakse laialdaselt ka selle protsessi intensiivistamise võimaluste poolest. Lisaks mehaanilisele homogeniseerimisele tõhustab suure võimsusega ultraheli massiülekannet, kiirendab keemilisi reaktsioone ja parandab ekstraktsioonisaagist. See mitmefunktsioonilisus võimaldab tootjatel ühendada mitu töötlusetappi üheks ultraheli töötluseks, vähendades kapitaliinvesteeringuid ja töö keerukust ning parandades samal ajal protsessi üldist efektiivsust.
Lineaarne skaleeritavus – perioodilisest töötlusest inline-töötluseni
Teadus- ja tootearenduskeskkondades võimaldavad ultraheli sukelhomogenisaatorid koostiste kiiret skriinimist ja kiirendatud innovatsioonitsükleid. Töötlustulemusi on võimalik saavutada minutitega, mitte tundidega, mis võimaldab teadlastel hinnata osakeste suuruse vähendamist, emulsiooni stabiilsust või ekstraktsiooni efektiivsust kiiresti ja reprodutseeritavalt. Kuna samad ultraheli põhimõtted kehtivad kõigis mastaapides, jäävad laboratoorsete sonikaatoritega saadud tulemused otseselt asjakohaseks ka pilootmastaabis ja tootmismastaabis süsteemide jaoks, vähendades märkimisväärselt arendusriski.
Tööstuslikust vaatenurgast toetavad ultraheli sukelhomogenisaatorid pidevat inline-töötlust, mis on kaasaegsetel automatiseeritud tootmisliinidel üha olulisem. Hielscheri ultraheli süsteeme saab integreerida suletud ahelaga protsessidesse, tagades ühtlase tootekvaliteedi, minimaalse operaatori sekkumise ja protsessiparameetrite täieliku jälgitavuse. Inline-ultraheli homogeniseerimine vähendab ka partiidevahelist varieeruvust ning võimaldab reaalajas protsessi optimeerimist, toetades Industry 4.0 strateegiaid.
Miks valida Hielscheri ultraheli homogenisaatorid?
Hielscher Ultrasonics on suure võimsusega ultraheli tehnoloogia ülemaailmne liider, pakkudes:
- Saksa insenerikvaliteeti
- Pidevaid inline-ultraheli süsteeme
- GMP- ja tööstusklassi lahendusi
- Rakendusspetsiifilist protsessituge
Laboratoorsest uurimistööst kuni ööpäevaringse (24/7) tööstusliku tootmiseni pakuvad Hielscheri ultraheli sukelhomogenisaatorid töökindlaid, skaleeritavaid ja majanduslikult paremaid homogeniseerimislahendusi.
Hielscher Ultrasonicsi ultraheli sukelhomogenisaatorite valik pakub pikaajalist strateegilist väärtust. Mooduldisainiga süsteem, laialdane tarvikute valik ja tugev rakendustehniline tugi tagavad, et ultraheli süsteeme saab kohandada protsesside arenedes. Olgu eesmärgiks tootmismahtude suurendamine, uute koostiste kasutuselevõtt või rangemate kvaliteedinõuete täitmine, pakuvad Hielscheri sondi-tüüpi sonikaatorid tulevikukindla lahenduse keerukatele homogeniseerimisülesannetele.
Alljärgnev tabel annab ülevaate meie ultraheli seadmete ligikaudsest töötlusvõimsusest:
| Partii maht | Vooluhulk | Soovitatavad seadmed |
|---|---|---|
| 1 kuni 500mL | 10 kuni 200mL/min | UP100H |
| 10 kuni 2000mL | 20 kuni 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 kuni 20L | 0,2 kuni 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 kuni 100L | 2 kuni 10L/min | UIP4000hdT |
| 15 kuni 150L | 3 kuni 15L/min | UIP6000hdT |
| n.a. | 10 kuni 100L/min | UIP16000hdT |
| n.a. | suurem | klaster: UIP16000hdT |
Disain, tootmine ja nõustamine – Saksamaal valmistatud kvaliteet
Hielscheri ultraheli seadmed on tuntud oma kõrgeima kvaliteedi ja disainistandardite poolest. Töökindlus ja lihtne kasutamine võimaldavad meie ultraheli seadmeid sujuvalt tööstusrajatistesse integreerida. Hielscheri ultraheli seadmed saavad hõlpsasti hakkama karmide tingimuste ja nõudlike keskkondadega.
Hielscher Ultrasonics on ISO-sertifitseeritud ettevõte ja panustab erilist rõhku kaasaegseimat tehnoloogiat ja kasutajasõbralikkust pakkuvatele suure jõudlusega ultraheli seadmetele. Loomulikult vastavad Hielscheri ultraheli seadmed CE nõuetele ning täidavad UL-i, CSA ja RoHs-i nõudeid.
Hielscher Ultrasonics toodab suure jõudlusega ultraheli homogenisaatoreid segamiseks, dispergeerimiseks, emulgeerimiseks ja ekstraheerimiseks labori-, pilootmahu- ja tööstusskaalal.
Kirjandus / viited
- Badgujar, N.P.; Bhoge, Y.E.; Deshpande, T.D.; Bhanvase, B.A.; Gogate, P.R.; Sonawane, S.H.; Kulkarni, R.D. (2015): Ultrasound assisted organic pigment dispersion: advantages of ultrasound method over conventional method. Pigment & Resin Technology, Vol. 44 No. 4, 2015. 214-223.
- Almir Draganović, Antranik Karamanoukian, Peter Ulriksen, Stefan Larsson (2020): Dispersion of microfine cement grout with ultrasound and conventional laboratory dissolvers. Construction and Building Materials, Volume 251, 2020.
- Pratap-Singh, A.; Guo, Y.; Lara Ochoa, S.; Fathordoobady, F.; Singh, A. (2021): Optimal ultrasonication process time remains constant for a specific nanoemulsion size reduction system. Scientific Report 11; 2021.
- Anastasia V. Tyurnina, Iakovos Tzanakis, Justin Morton, Jiawei Mi, Kyriakos Porfyrakis, Barbara M. Maciejewska, Nicole Grobert, Dmitry G. Eskin 2020): Ultrasonic exfoliation of graphene in water: A key parameter study. Carbon, Vol. 168, 2020.
- Han N.S., Basri M., Abd Rahman M.B. Abd Rahman R.N., Salleh A.B., Ismail Z. (2012): Preparation of emulsions by rotor-stator homogenizer and ultrasonic cavitation for the cosmeceutical industry. Journal of Cosmetic Science Sep-Oct; 63(5), 2012. 333-44.
Korduma kippuvad küsimused
Millised on sukelhomogenisaatorite levinumad rakendused?
Sukelhomogenisaatoreid kasutatakse tavaliselt vedelike dispergeerimiseks, emulgeerimiseks, suspendeerimiseks ja rakkude lõhkumiseks. Rakendusalad hõlmavad farmaatsiat, biotehnoloogiat, toidu- ja joogitöötlust, kosmeetikat, nanomaterjalide tootmist ja keemilist koostiseloomet, eriti kui on vaja peent osakeste suuruse vähendamist ja ühtlast jaotumist.
Millised homogenisaatorite tüübid on sageli kasutusel?
Sageli kasutatavate homogenisaatorite tüübid hõlmavad rootor-staator homogenisaatoreid nihkejõududel põhinevaks segamiseks, kõrgsurvehomogenisaatoreid nanomõõtmeliste emulsioonide ja suspensioonide jaoks, ultraheli homogenisaatoreid kavitatsioonil põhinevaks dispergeerimiseks ja rakkude lüüsiks, helmesveskihomogenisaatoreid rakkude mehaaniliseks lõhkumiseks ning mikrofluidisaatoreid väga ühtlaseks osakeste suuruse vähendamiseks.
Mis vahe on homogeniseeritud ja emulgeeritud süsteemil?
Homogeniseeritud süsteemides vähendatakse osakesi või piisakesi ja jaotatakse need ühtlaselt pidevas faasis, emulgeeritud süsteemid aga tähistavad spetsiifiliselt segunematute vedelfaaside stabiilset dispersiooni, näiteks õli vees, mis nõuab tavaliselt pindaktiivseid aineid või emulgaatoreid.
Mis vahe on homogenisaatoril ja blenderil?
Homogenisaator rakendab kontrollitud suurt nihet, rõhku või kavitatsiooni, et saavutada peen ja reprodutseeritav osakeste suuruse vähendamine, blender aga teostab peamiselt hulgisegamist ja peenestamist piiratud nihkega, mille tulemuseks on võrdlemisi jämedamad ja vähem ühtlased dispersioonid.
Hielscher Ultrasonics toodab suure jõudlusega ultraheli homogenisaatoreid alates laborisuurusest kuni tööstusliku suuruseni.