اختلاط با برش بالا با استفاده از فراصوت
مخلوطکنهای با برش بالا نیروهای برشی زیادی به مایعات و دوغابها وارد میکنند تا پراکندهسازی، آمیختن و امولسیونسازی یکنواخت دو یا چند فاز مایع–جامد یا مایع–مایع را فراهم کنند. فراصوتدهی از طریق کاویتاسیون آکوستیکی نیروهای برشی زیادی ایجاد میکند؛ این پدیده هنگامی رخ میدهد که فراصوت پرتوان به مایعات کوپل شود. مخلوطکنهای فراصوتی با برش بالا فناوری برتری برای اختلاط هستند که بهراحتی از مخلوطکنهای تیغهای با برش بالا، مخلوطکنهای چندمحوره، هموژنایزرهای فشار بالا، آسیابهای کلوئیدی و همزنهای تیغهای متداول پیشی میگیرند.
مزایای مخلوطکنهای فراصوتی با برش بالا
مخلوطکنهای فراصوتی با برش بالا از هموژنایزرهای آزمایشگاهی 50W تا سامانههای اختلاط صنعتی 16٬000W عرضه میشوند. مجموعهٔ گستردهٔ مخلوطکنهای فراصوتی با برش بالا در ردههای آزمایشگاهی، رومیزی و صنعتی، انتخاب مخلوطکن فراصوتی ایدئال را برای کاربرد و حجم تولید شما امکانپذیر میکند.
دامنههای بالای ارتعاش در پروب فراصوتی، کاویتاسیون شدیدی همراه با جریانهای مایع پرسرعت و آشفتگیهای پیچیده ایجاد میکنند. برش شدید هیدرولیکی و مکانیکی ایجادشده با فراصوت، اندازهٔ ذرات و قطرات را به ابعاد میکرونی و نانویی کاهش میدهد. از آنجا که پارامترهای فرایند فراصوتدهی بهدقت قابلکنترل و تنظیم هستند، میتوان اثر اختلاط، آسیابکردن یا پراکندهسازی را دقیقاً با ماده و هدف فرایند تطبیق داد. مخلوطکنهای فراصوتی با برش بالا زمان اختلاط / آسیابکردن را کاهش میدهند و بهطور قابلاعتماد دیسپرسیونهای ریز و فوقریز تولید میکنند.
مخلوطکن فراصوتی را میتوان در فرایندهای ناپیوسته و جریان درونخطی به کار برد. تنوع سلولهای جریان و راکتورهای فراصوتی امکان اختلاط جریانهایی با دبیها و گرانرویهای بسیار متفاوت را فراهم میکند. مخلوطکن فراصوتی با برش بالا میتواند غلظتهای بسیار بالای مواد جامد را پردازش کند و حتی ذرات بسیار ساینده نیز مشکلی ایجاد نمیکنند.
اختلاط با برش بالا از طریق فراصوتدهی چگونه عمل میکند؟
مخلوطکنهای فراصوتی با برش بالا از همان اصل مکانیکی سامانههای اختلاط صنعتی، مانند مخلوطکنهای تیغهای با برش بالا، مخلوطکنهای چندمحوره، آسیابهای کلوئیدی، هموژنایزرهای فشار بالا و سامانههای همزن تیغهای استفاده میکنند. سامانههای اختلاط فراصوتی برای پراکندهسازی و آسیابکردن ذرات، امولسیونسازی فازهای روغن و آب، حلکردن مواد جامد و تولید مخلوطهای همگن از هر نوع ماده در مایعات و دوغابها به کار میروند. در مخلوطکنهای برشی فراصوتی، یک پروب فراصوتی درون ظرف اختلاط، مانند مخزن ناپیوسته یا سلول جریان، قرار میگیرد. پروب دستگاه متلاشیکنندهٔ فراصوتی با فرکانس بسیار بالا در مایع ارتعاش میکند و کاویتاسیون فراصوتی شدیدی در مایع ایجاد میکند. فروپاشی حبابهای کاویتاسیون نیروهای برشی قدرتمندی ایجاد میکند که قطرات، کلوخهها، تجمعهای ذرهای و حتی ذرات اولیه را متلاشی و خرد میکنند. از آنجا که کاویتاسیون فراصوتی جریان کاویتاسیونی پرسرعتی تا 1000km/h ایجاد میکند، جتهای مایع ناشی از کاویتاسیون به ذرات شتاب میدهند. هنگامی که ذرات شتابگرفته با یکدیگر برخورد میکنند، نقش محیط آسیابکننده را ایفا میکنند. در نتیجه، ذرات برخوردکننده خرد میشوند و اندازهٔ آنها به ابعاد میکرونی یا نانویی کاهش مییابد. در میدان کاویتاسیون فراصوتی، فشار بهسرعت و بهطور مکرر بین خلأ و فشارهایی تا 1000bar تغییر میکند. یک مخلوطکن دورانی با 4 تیغهٔ اختلاط باید با سرعت حیرتانگیز 300٬000 RPM کار کند تا به همان فرکانس چرخههای فشار متناوب برسد. مخلوطکنهای دورانی متداول و مخلوطکنهای روتور–استاتور بهدلیل محدودیت سرعت خود، کاویتاسیون قابلتوجهی ایجاد نمیکنند.
مخلوطکن فراصوتی با برش بالا UIP2000hdT، یک واحد اختلاط پرتوان 2kW
نکتهٔ فرایندی: اختلاط فراصوتی تحت فشار
اعمال فشار به راکتور فراصوتی یا سلول جریان، کاویتاسیون آکوستیکی را تشدید میکند. Hielscher Ultrasonics انواع مختلف سلول جریان و راکتور را عرضه میکند که بهراحتی میتوان آنها را تا 5 barg تحت فشار قرار داد. راکتورهای فراصوتی سفارشی میتوانند فشارهای بالاتر تا 300barg را تحمل کنند.
مخلوطکنهای فراصوتی با برش بالا و کاربردهای آنها
مخلوطکنهای فراصوتی با برش بالا نیروهای برشی شدیدی ایجاد میکنند که اثر لازم را بر ذرات، از جمله جامدات، قطرات، بلورها و الیاف، اعمال میکنند تا آنها را متلاشی و تا اندازهٔ هدف خرد کنند؛ این اندازه میتواند در محدودهٔ میکرونی یا نانویی باشد. بسته به سختی و شکنندگی مواد، پارامترهای فرایند فراصوتی را میتوان دقیقاً تنظیم کرد تا نتیجهٔ مطلوب اختلاط حاصل شود. در مقایسه با روشهای جایگزین اختلاط، مانند همزنهای تیغهای با برش بالا، هموژنایزرهای فشار بالا، آسیابهای کلوئیدی / مهرهای، مخلوطکنهای محوری و غیره، دستگاههای متلاشیکنندهٔ فراصوتی چندین مزیت عمده دارند.
مزایای مخلوطکنهای فراصوتی با برش بالا
- کاویتاسیون و برش با شدت بالا
- پردازش یکنواخت ذرات
- غلظتهای بالای مواد جامد
- بدون نازل / بدون گرفتگی
- بدون نیاز به محیط آسیابکننده (یعنی مهرهها)
- مقیاسپذیری خطی
- کاربری آسان و ایمن
- تمیزکاری آسان
- بهرهوری در زمان و انرژی
مخلوطکنهای فراصوتی با برش بالا برای کاهش اندازهٔ ذرات
دستگاههای متلاشیکنندهٔ فراصوتی برای کاهش اندازه و توزیع ذرات به کار میروند؛ خواه منظور خردایش واقعی ذرات اولیه باشد (که آسیابکردن نامیده میشود)، خواه شکستن کلوخهها (که کلوخهزدایی / پراکندهسازی نامیده میشود).
دربارهٔ آسیابکردن و پراکندهسازی فراصوتی ذرات بیشتر بخوانید!
مخلوطکنهای فراصوتی با برش بالا برای امولسیونسازی
هنگامی که دو مایع امتزاجناپذیر (برای مثال، آب و روغن) با استفاده از مخلوطکن فراصوتی پروبی تحت فراصوتدهی قرار میگیرند، کاویتاسیون فراصوتی قطرات را متلاشی میکند – در نتیجه، قطرات بسیار ریزی از دو فاز امتزاجناپذیر تولید میشوند که سپس با یکدیگر مخلوط میشوند. از آنجا که مخلوطکنهای فراصوتی با برش بالا بهراحتی قطراتی با اندازهٔ نانویی تولید میکنند، امولسیونهای فراصوتی تثبیتشده، پایداری بلندمدت و ظاهری زلال و شفاف دارند.
از آنجا که هر نوع امولسیون آستانهٔ امولسیونسازی / برش ویژهٔ خود را دارد که در آن اندازه و ویژگیهای بهینهٔ قطرات حاصل میشود، تنظیم دقیق پارامترهای اختلاط ضروری است. برش بسیار کم باعث ایجاد قطرات بیشازحد بزرگ میشود که بهسرعت به هم میپیوندند و به جدایش فازها میانجامند، در حالی که برش بسیار زیاد میتواند محصول را تخریب کند. مخلوطکنهای فراصوتی با برش بالا را میتوان بهدقت کنترل و متناسب با نیازهای فرایند تنظیم کرد.
برای مطالعهٔ بیشتر دربارهٔ نانوامولسیونسازی فراصوتی، اینجا کلیک کنید!
مخلوطکن فراصوتی با برش بالا UP200Ht برای امولسیونسازی
مخلوطکنهای فراصوتی با برش بالا برای آمیختن و حلکردن
مخلوطکنهای فراصوتی با برش بالا برای آمیختن، آسیابکردن، پراکندهسازی و حلکردن ذراتی مانند پودرها، رنگدانهها و الیاف در فرایندی سریع، قابلاعتماد و آسان به کار میروند. کاویتاسیون ایجادشده با فراصوت، انتقال جرم بین جامدات و مایع را افزایش میدهد. کاویتاسیون فراصوتی اثر شدیدی بر ذرات جامد دارد: جریانهای مایع ناشی از کاویتاسیون سطح جامدات را فرسایش میدهند و قطعات جداشده را به درون مایع منتقل میکنند و بدین ترتیب سوسپانسیونی همگن تولید میشود.
برای مطالعهٔ بیشتر دربارهٔ حلکردن با فراصوت، اینجا کلیک کنید!
کاربردهای مخلوطکنهای فراصوتی با برش بالا
- آسیابکردن و خردایش
- کلوخهزدایی و پراکندهسازی
- امولسیونسازی
- حلکردن پودرها
- بهبود انتقال جرم
- واکنشهای سونوشیمیایی
سامانهٔ SonoStation – یک سامانهٔ فراصوتی مجهز به سونیکاتورهای 2x 2kW، مخزن همزندار و پمپ – سامانهای کاربرپسند برای کاربردهای آمیختن، آسیابکردن و پراکندهسازی است.
مخلوطکنهای با برش بالا در هر اندازه
Hielscher Ultrasonics مخلوطکنهای با برش بالا و عملکرد بالا را طراحی، تولید و عرضه میکند؛ از دستگاه آزمایشگاهی جمعوجور اما پرتوان تا مخلوطکنهای با برش بالا در مقیاس پایلوت و صنعتی برای پردازش جریانهای حجیم در سطح تولید تجاری.
مخلوطکنهای با برش بالا برای آزمایشگاه
مخلوطکنهای فراصوتی پروبی ابزارهایی جاافتاده در هر آزمایشگاه هستند. از آنجا که مقیاس فرایندهای فراصوتی را میتوان بهصورت خطی به حجمهای بزرگ افزایش داد، مخلوطکنهای فراصوتی با برش بالای Hielscher برای توسعه و بهینهسازی فرایند شما در مقیاس کوچک ایدئال هستند. سپس، پس از تعیین پارامترهای بهینهٔ فرایند، میتوان مقیاس کاربرد اختلاط شما را بهصورت خطی تا تولید پایلوت و انبوه افزایش داد.
Hielscher مخلوطکنهای فراصوتی با برش بالا را برای کار در مقیاس آزمایشگاهی با توان اختلاط فراصوتی در محدودهٔ 50 تا 400 وات عرضه میکند.
مخلوطکنهای با برش بالا برای صنعت
مخلوطکنهای صنعتی با برش بالای Hielscher پردازشگرهای فراصوتی پرتوانی هستند که برای آسیابکردن، پراکندهسازی، امولسیونسازی و آمیختن جریانهای حجیم دوغاب در شرایط کاری سنگین طراحی شدهاند. این مخلوطکنهای صنعتی بهراحتی غلظتهای بالای مواد جامد و ذرات ساینده را پردازش میکنند. پروبها (سونوتْرودهای) مخلوطکنهای صنعتی فراصوتی با برش بالا به فلنج مجهز هستند تا بتوان مخلوطکن را با هر جهتگیری در مخازن فولادی، ظروف شیشهای یا محفظههای پلاستیکی نصب کرد. این ویژگی امکان تحت فشار قرار دادن ظرف فراصوتدهی را فراهم میکند. اعمال فشار به ظرف فراصوتی یا سلول جریان، کاویتاسیون آکوستیکی و در نتیجه فرایند اختلاط فراصوتی را تشدید میکند. Hielscher Ultrasonics مخلوطکنهای صنعتی با برش بالا را از 500 تا 16٬000 وات عرضه میکند. Hielscher با ارائهٔ UIP16000، پرتوانترین مخلوطکن فراصوتی با برش بالا در جهان را عرضه میکند.
مواد با گرانروی بالا؟ – مشکلی نیست! تمام پردازشگرهای فراصوتی Hielscher در ردههای رومیزی و صنعتی میتوانند بهراحتی دوغابهای گرانرو با گرانروی تا 250٬000 centipoise را پردازش کنند. برای گرانرویهای بالاتر از 2٬000 cPs، استفاده از سلولهای جریانگذر همراه با پمپهای حفرهپیشرونده را توصیه میکنیم تا کوپلشدن امواج فراصوت به سیال بهبود یابد.
چگونه مخلوطکن فراصوتی با برش بالای مناسب را پیدا کنیم؟
Hielscher Ultrasonics تولیدکنندهای با سابقهٔ طولانی در ساخت سامانههای اختلاط فراصوتی پرتوان و قابلاعتماد با برش بالا است که برای پراکندهسازی و خردکردن ذرات، تهیهٔ نانوامولسیونها یا حلکردن پودرها در مایعات به کار میروند. Hielscher بهعنوان پیشتاز بازار مخلوطکنهای فراصوتی، مخلوطکنها و هموژنایزرهای فراصوتی با برش بالا را از مقیاس آزمایشگاهی و رومیزی تا پایلوت و کاملاً صنعتی طراحی، تولید و عرضه میکند.
پاسخ به پرسشهای زیر به یافتن مناسبترین مخلوطکن با برش بالا برای فرایند شما کمک میکند:
- کاربرد موردنظر شما چیست؟
- حجم معمولی که باید پردازش شود چقدر است؟
- عوامل حیاتی فرایند کداماند؟
- چه استانداردهای کیفی باید تأمین شوند؟
کارکنان آموزشدیده و باتجربهٔ ما در پاسخ به هر پرسش و طراحی مفهومی فرایند اختلاط شما همراهتان خواهند بود. Hielscher Ultrasonics مشاورهای جامع دربارهٔ پردازش فراصوتی ارائه میدهد تا به مشتریان خود در یافتن ایدئالترین مخلوطکن فراصوتی با برش بالا کمک کند. اما خدمات Hielscher به اینجا ختم نمیشود؛ ما به مشتریان در محل تأسیسات آنها یا در آزمایشگاه فرایند فراصوتی و مرکز فنی خود آموزش میدهیم تا در مراحل توسعه، بهینهسازی و افزایش مقیاس فرایند همراهشان باشیم.
پردازشگرهای فراصوتی صنعتی Hielscher Ultrasonics بهراحتی دامنههای ارتعاش بسیار بالایی ایجاد میکنند که برای خردکردن ذرات سخت و کلوخهها یا پردازش دوغابهایی با غلظت بالای مواد جامد ضروری هستند. مخلوطکنهای صنعتی Hielscher بهراحتی با دامنههای ارتعاش تا 200µm بهصورت پیوسته در کارکرد 24/7 کار میکنند. اگر فرایندهای خاص به دامنههای ارتعاش بالاتری نیاز داشته باشند، پروبهای فراصوتی سفارشی در دسترس هستند. لوازم جانبی مانند هورنهای تقویتکننده، سلولهای جریان، راکتورهای فراصوتدهی و مجموعههای کامل بازچرخانی بهراحتی در دسترس هستند و امکان پیکربندی سامانهٔ اختلاط فراصوتی شما را با انطباق بهینه با الزامات فرایندتان فراهم میکنند. تمام سونوتْرودها و راکتورها، که تنها بخشهای در تماس با محیط هستند، قابلیت CIP/SIP (تمیزکاری و استریلسازی درجا) دارند.
مخلوطکنهای فراصوتی پیشرفته با برش بالا
Hielscher Ultrasonics بر دستگاههای تخریب سلولی با عملکرد بالا، بالاترین سطح سهولت کاربری و پیشرفتهترین دستاوردهای فنی تمرکز دارد. این بدان معناست که استانداردهای دستگاههای متلاشیکنندهٔ آزمایشگاهی Hielscher هرچه بیشتر با سطح هوشمندی ماشینآلات صنعتی همگام میشوند. کاربر میتواند سونیکاتورهای دیجیتال Hielscher را از راه دور و از طریق مرورگر کنترل کند. نرمافزار ثبت خودکار دادهها تمام پارامترهای مهم فراصوتی، مانند توان خالص، توان کل، دامنهٔ ارتعاش، دما، فشار، زمان و تاریخ را بهصورت فایل CSV روی کارت SD داخلی ذخیره میکند. افزون بر این، میتوان دستگاه متلاشیکنندهٔ فراصوتی را برای خاموششدن خودکار پس از زمانی معین یا دریافت مقدار مشخصی انرژی برنامهریزی کرد، یا حالتهای فراصوتدهی پالسی را برنامهریزی کرد. حسگرهای دما و فشار قابلاتصال، پایش دقیق شرایط نمونه را امکانپذیر میکنند. از آنجا که کنترل دمای مواد حساس به گرما عاملی حیاتی برای کیفیت نتایج فرایند است، Hielscher راهکارهای مختلفی برای نگهداشتن دمای فرایند در محدودهٔ دمایی هدف ارائه میدهد.
قابلیتهای پیشرفتهٔ سونیکاتورهای Hielscher، بالاترین سطح کنترل فرایند، نتایج قابلاعتماد و تکرارپذیر فراصوتدهی، سهولت کاربری و راحتی کار را تضمین میکنند.
کیفیت – ساخت آلمان
Hielscher بهعنوان کسبوکاری با مالکیت و مدیریت خانوادگی، بالاترین استانداردهای کیفی را برای پردازشگرهای فراصوتی خود در اولویت قرار میدهد. تمام سونیکاتورها در دفتر مرکزی ما در تلتو، نزدیک برلین در آلمان، طراحی، تولید و بهطور کامل آزمایش میشوند. استحکام و قابلیتاعتماد تجهیزات فراصوتی Hielscher آنها را به ابزاری سختکوش در تولید شما تبدیل میکند. کارکرد 24/7 تحت بار کامل و در محیطهای دشوار، ویژگی ذاتی مخلوطکنهای با عملکرد بالای Hielscher است.
میتوانید مخلوطکنهای فراصوتی با برش بالای Hielscher را در اندازههای مختلف و با پیکربندی متناسب با فرایند خود خریداری کنید. از پردازش سیالات در یک بشر کوچک آزمایشگاهی تا اختلاط پیوستهٔ جریانگذر دوغابها در سطح صنعتی، Hielscher Ultrasonics مخلوطکن با برش بالای مناسبی برای شما ارائه میدهد! با ما تماس بگیرید – خوشحال میشویم مجموعهٔ مخلوطکن فراصوتی ایدئال را به شما پیشنهاد کنیم!
جدول زیر نمایی از ظرفیت تقریبی پردازش سونیکاتورهای ما را نشان میدهد:
| حجم هر بچ | دبی | دستگاههای پیشنهادی |
|---|---|---|
| 1 تا 500mL | 10 تا 200mL/min | UP100H |
| 10 تا 2000mL | 20 تا 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0٫1 تا 20L | 0٫2 تا 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 تا 100L | 2 تا 10L/min | UIP4000hdT |
| قابلاعمال نیست | 10 تا 100L/min | UIP16000 |
| قابلاعمال نیست | بیشتر | مجموعهای از UIP16000 |
با ما تماس بگیرید! / از ما بپرسید!
هموژنایزرهای فراصوتی پرتوان در مقیاسهای آزمایشگاهی تا پایلوت و صنعتی .
دانستنیهای مفید
سونیکاتورها و کاربرد آنها بهعنوان مخلوطکنهای با برش بالا
سونیکاتورها دستگاههای فراصوتی پروبی هستند که ویژگی تعریفکنندهٔ آنها انتقال ارتعاشات فراصوتی از طریق یک پروب فراصوتی به محیط تحت پردازش است. این پروب، که سونوتْرود نیز نامیده میشود، میلهای تیتانیومی است که با فرکانس فراصوتی، برای مثال 20kHz، ارتعاش میکند. ارتعاش با فرکانس 20 kHz به این معناست که سطح افقی پروب در هر ثانیه 20٬000 بار منبسط و منقبض میشود. این حرکات سریع در محدودهٔ فرکانس فراصوتی در نوک پروب، به سیال کوپل میشوند. در سیال، امواج فراصوت در محیط منتشر میشوند و چرخههای متناوب فشار بالا / فشار پایین ایجاد میکنند. طی چرخهٔ فشار پایین، حبابهای بسیار ریز خلأ پدید میآیند و طی چندین چرخهٔ فشار رشد میکنند تا به نقطهای برسند که دیگر نتوانند انرژی بیشتری جذب کنند. در نقطهٔ بیشینهٔ رشد، حباب کاویتاسیون بهشدت میترکد. این فروپاشی به درون، میدانی با چگالی انرژی بالا ایجاد میکند که شامل دماها و فشارهای بسیار بالا، اختلافهای متناظر دما و فشار، جریانهای مایع با سرعتهایی تا 180m/sec و آشفتگی است. این انرژی کاویتاسیونی اثر شدیدی بر مایعات و دوغابها دارد و نتایجی فوقالعاده در اختلاط، آمیختن، آسیابکردن، پراکندهسازی و امولسیونسازی ایجاد میکند. مخلوطکنهای فراصوتی با برش بالا بهراحتی ذرات و قطراتی با اندازهٔ نانویی و توزیع اندازهٔ ذرات / قطرات بسیار باریک تولید میکنند.
تفاوتهای پردازش با کاویتاسیون فراصوتی / آکوستیکی و کاویتاسیون هیدرودینامیکی را اینجا بخوانید!
صنایع رایج برای مخلوطکنهای فراصوتی با برش بالا
- پراکندهسازی، حلکردن و اختلاط فرمولاسیونهای جامد/مایع
- امولسیونسازی
- علم مواد
- آمادهسازی نمونه پیش از آنالیز
- کاربردهای نانوذرات
- عاملدارسازی ذرات
- واکنشهای انتقال فاز
منابع علمی / مراجع
- Pohl M.; Schubert H. (2004): Dispersion and deagglomeration of nanoparticles in aqueous solutions. International Congress for Particle Technology PARTEC 2004; Nuremberg, Germany.
- Thomas Leong, Muthupandian Ashokkumar, Sandra Kentish(2011): The Fundamentals of Power Ultrasound. – A Review. Acoustics Australia, 54 – Vol. 39 August 2011.
- Karl A. Kusters, Sotiris E. Pratsinis, Steven G. Thoma, Douglas M. Smith (1994): Energy-size reduction laws for ultrasonic fragmentation. Powder Technology, Volume 80, Issue 3, September 1994. 253-263.
- Pekarovicova, A.; Pekarovic, J. (2009): Emerging Pigment Dispersion Technologies. Pira International (2009).
- S.E. Karekar; B.A. Bhanvase; S.H. Sonawane; M.P. Deosarkar; D.V. Pinjari; A.B. Pandit(2014): Synthesis of zinc molybdate and zinc phosphomolybdate nanopigments by an ultrasound assisted route: Advantage over conventional method. Chemical Engineering and Processing 87; Nov. 2014.