هموژنایزرها – اصل کار، استفاده و افزایش مقیاس

هموژنایزرها نوعی میکسر هستند که نیروهای مکانیکی را برای ترکیب، امولسیون کردن، پراکنده کردن و حل کردن سیستم های مایع-مایع و جامد-مایع اعمال می کنند. بسته به برش چرخشی مدل هموژنایزر ، از نازل ها یا سونوگرافی پرقدرت برای ایجاد نیروهای مورد نیاز برای تجزیه و تجزیه ذرات جامد و همچنین قطرات مایع استفاده می شود. درباره دستگاه های هموژنایزر و کاربردهای آنها در تحقیق و تولید بیشتر بدانید!

هموژنایزر چیست؟

هموژنایزر دسته ای از دستگاه های اختلاط است که برای شکستن ذرات جامد و مایع به یک مخلوط یکنواخت طراحی شده است. هموژنایزرها به عنوان تجهیزات آزمایشگاهی، نیمکت و صنعتی مورد استفاده برای کاربردهای مختلف در تحقیقات و صنعت در دسترس هستند. کاربرد معمول هموژنایزر شامل اختلاط و تجزیه مواد مختلف از جمله ذرات، رنگدانه ها، مواد شیمیایی، گیاهان، مواد غذایی، سلول ها، بافت ها و غیره است.

لطفا با ما تماس بگیرید برای کسب اطلاعات بیشتر در مورد هموژنایزرها، فراصوت و چگونه می توانید از فراصوت های ما برای فرآیند خود استفاده کنید!

مروری بر انواع مختلف هموژنایزر

انواع مختلف هموژنایزر به صورت تجاری برای استفاده در تولید نیمکت بالا و صنعتی در مقیاس بزرگ در دسترس هستند. با این حال میکسرهای روتور / استاتور (کلوئید) ، هموژنایزرهای فشار بالا و هموژنایزرهای اولتراسونیک پرکاربردترین مدل ها هستند.
میکسرهای پروانه یا تیغه ای دارای یک تیغه چرخان هستند که با سرعت بالا در پایین ظرف اختلاط می چرخد و در نتیجه مواد مختلف را در یک مخلوط همگن ترکیب می کند.
همانطور که از نام میکسر روتور/استاتور پیداست، یک میکسر روتور/استاتور دارای یک روتور و یک جزء استاتور است. روتور یک شفت فلزی است که با سرعت بالا در داخل استاتور می چرخد. استاتور قسمت فلزی است که ثابت می ماند. چرخش روتور یک اثر مکش ایجاد می کند که مواد جامد-مایع را بین استاتور و روتور حرکت می دهد، جایی که جامدات به اندازه ذرات کوچکتر کاهش می یابند.
اصل کار هموژنایزر فشار قوی (HPH) مبتنی بر استفاده از پمپ فشار قوی و یک شیر (نازل، روزنه) است که تجهیزات را بزرگ، سنگین و گران می کند. دوغاب فرآوری شده با سرعت جریان بالا از طریق یک روزنه کوچک مجبور می شود که اندازه ذرات را کاهش می دهد زیرا ذرات برای عبور از شیر به اندازه کوچک خاصی نیاز دارند. به خصوص هنگام پردازش مواد جامد، HPH ها مستعد گرفتگی هستند.
هموژنایزرهای مافوق صوت با استفاده از نیروهای برشی بالا تولید شده توسط کاویتاسیون آکوستیک ، که به آنها مزایای مختلفی نسبت به سایر تکنیک های همگن سازی می دهد. اصل کار و مزایای همگن سازی اولتراسونیک در زیر ارائه شده است.

سونوگرافی با قدرت بالا به عنوان نیروی همگن کننده

هموژنایزر اولتراسونیک با استفاده از ارتعاشات اولتراسونیک با شدت بالا و کاویتاسیون برای ایجاد نیروهای برشی بسیار شدید و بنابراین می توان آن را یک میکسر فوق العاده شدید با برش بالا نامیده می شود. راز پشت نیروهای برشی فوق العاده شدید، کاویتاسیون صوتی است که توسط امواج اولتراسوند با قدرت بالا تولید می شود. یک هموژنایزر اولتراسونیک دارای یک ژنراتور است که واحد منبع تغذیه و کنترل و یک مبدل است. مبدل حاوی سرامیک های پیزو الکتریک است. این سرامیک های پیزو الکتریک انرژی الکتریکی را به نوسان تبدیل می کنند ، زیرا کریستال های پیزوالکتریک هنگام اعمال ولتاژ اندازه و شکل خود را تغییر می دهند. هنگامی که فرکانس نوسان ساز الکترونیکی برابر با فرکانس طبیعی کوارتز پیزوالکتریک باشد، رزونانس رخ می دهد. در شرایط رزونانس، کوارتز امواج اولتراسونیک طولی با دامنه زیاد تولید می کند.
امواج اولتراسوند تولید شده سپس از طریق پروب اولتراسونیک (سونوترود / شاخ) به محیط فرآیند جفت می شوند. دامنه در پروب اولتراسونیک شدت امواج اولتراسوند را تعیین می کند که به مایع یا دوغاب منتقل می شود. امواج اولتراسونیک چرخه های فشار بالا و کم فشار متناوب را در محیط های مایع ایجاد می کنند. در طول چرخه فشار کم، امواج اولتراسونیک با شدت بالا حباب های خلاء کوچکی را در مایع تولید می کنند. در طول چرخه فشار بالا، حباب های خلاء کوچک به طور مخرب فرو می ریزند. به این پدیده کاویتاسیون گفته می شود. انفجار حباب های کاویتاسیون همچنین ممکن است جت های مایع با سرعت بالای 280 متر بر ثانیه ایجاد کند و در نتیجه نیروهای برشی قدرتمندی ایجاد کند. نیروهای برشی ذرات را می شکنند، باعث برخورد بین ذرات می شوند و قطرات و سلول ها را به صورت مکانیکی مختل می کنند و در عین حال انتقال جرم بسیار کارآمد را ترویج می کنند. این نیروهای حفره ای پراکندگی یکنواخت و همگن تولید می کنند, امولسیون ها و سوسپانسیون ها و همچنین شناخته شده برای ترویج واکنش های شیمیایی (به اصطلاح سونوشیمی).

کاویتاسیون صوتی (تولید شده توسط سونوگرافی با قدرت بالا) شرایط شدید محلی را ایجاد می کند، به اصطلاح اثرات سونومکانیکی و سونوشیمیایی. با توجه به این اثرات، فراصوت ذرات جامد و مایع را کاهش می دهد و آنها را به یک فرمولاسیون همگن مخلوط می کند.

دستگاه های هموژنایزرآلترا ساند – مزایای

هموژنایزرهای اولتراسونیک برتر هستند، زمانی که آن را به تولید جامد مایع می آید (به اصطلاح دوغاب) و سوسپانسیون مایع مایع و راه حل. از آنجا که ultrasonicators استفاده از اصل کار حفره مافوق صوت، مواد باید مرطوب و یا در یک فاز مرطوب باشد، از آنجا که حفره تنها در مایع رخ می دهد. این بدان معنی است که یک ultrasonicator در مخلوط کردن یک پودر خشک بسیار کارآمد نخواهد بود، اما به محض اینکه پودر خیس می شود، فراصوت کارآمدترین روش برای ترکیب است. هموژنایزرهای مافوق صوت به خوبی شناخته شده به طور قابل اعتماد مخلوط، مخلوط و پراکنده حتی خمیرها و مواد بسیار چسبناک. نیروهای فوق العاده شدید ناشی از انفجار حباب های کاویتاسیون، نه تنها نیروهای برشی بسیار قدرتمند را ایجاد می کند، بلکه دماها و فشارهای بالا و همچنین دیفرانسیل های مربوطه را نیز ایجاد می کند. این ترکیب نیروهای فیزیکی ذرات را به اندازه های بسیار کوچکتر از یک هموژنایزر معمولی مختل می کند. از این رو, هموژنایزرهای مافوق صوت تجهیزات ارجح برای تولید قابل اعتماد از امولسیون های نانو اندازه و پراکندگی هستند.

کاربردهای هموژنایزرهای التراسونیک

هموژنایزرهای اولتراسونیک به طور گسترده ای در تاسیسات آزمایشگاهی و صنعتی برای همگن کردن سوسپانسیون های جامد مایع و مایع مایع، کاهش اندازه ذرات، مختل کردن و استخراج مواد بیولوژیکی، تشدید واکنش های شیمیایی و حل ترکیبات محلول استفاده می شود.

امولسیون اولتراسونیک

امولسیون فرآیند مخلوط کردن دو یا چند مایع غیر قابل اختلاط با هم به منظور تهیه یک مخلوط پایدار یا نیمه پایدار است. به طور کلی ، این دو مایع از یک فاز روغن و یک فاز آبی (آب) تشکیل شده اند. برای تثبیت مخلوط فازهای مختلف مایع ، یک امولسیفایر (سورفکتانت / کوسورفکتانت) اضافه می شود. اندازه قطرات یک امولسیون نقش مهمی در عملکرد و پایداری امولسیون ایفا می کند. از آنجا که قدرت سونوگرافی ایجاد نیروهای سونومکانیکی, که شکستن قطرات و کاهش آنها را به قطرات دقیقه, فراصوت یک روش بسیار محبوب برای تولید میکرون است- و نانو امولسیون است. هموژنایزرهای اولتراسونیک یک ابزار قابل اعتماد برای تولید امولسیون های O / W و W / O، امولسیون های معکوس، امولسیون های دوتایی (O / W / O، W / O / W)، مینی امولسیون ها و همچنین امولسیون های پیکرینگ هستند. بر اساس این انعطاف پذیری و ظرفیت امولسیون قابل اعتماد ، هموژنایزرهای اولتراسونیک (گاهی اوقات امولسیفایر های اولتراسونیک نیز نامیده می شوند که برای امولسیون استفاده می شود) به عنوان مثال در صنایع شیمیایی ، غذایی ، دارویی و سوخت برای تولید امولسیون های پایدار طولانی مدت استفاده می شود.
برای کسب اطلاعات بیشتر در مورد آن روی لینک های زیر کلیک کنید نانو امولسیون ها . امولسیون های پیکرینگ!

پراکندگی اولتراسونیک

هموژنایزرهای مافوق صوت بسیار موثر هستند که آگلومراهای ذرات، سنگدانه ها و حتی ذرات اولیه باید به طور قابل اعتماد در اندازه کاهش می یابد. مزیت هموژنایزرهای مافوق صوت توانایی خود را برای آسیاب ذرات به اندازه ذرات کوچکتر و یکنواخت تر است، آیا میکرون- یا نانو ذرات به عنوان نتیجه فرآیند هدف قرار می گیرند. نیروهای برشی حفره ای و جریان های مایع ذرات را شتاب می دهند تا با یکدیگر برخورد کنند. این به عنوان برخورد بین ذرات شناخته می شود. خود ذرات به عنوان محیط آسیاب عمل می کنند که از آلودگی با آسیاب مهره ها و فرآیند جداسازی بعدی جلوگیری می کند ، که هنگام استفاده از آسیاب های مهره معمولی ضروری است. از آنجایی که برخورد ذرات با برخورد بین ذرات با سرعت بسیار بالا تا 280 متر بر ثانیه برخورد می کنند، نیروهای فوق العاده بالایی به ذرات وارد می شود که بنابراین به کسرهای ریز خرد می شوند. اصطکاک و فرسایش به آن قطعات ذرات سطحی صیقلی و شکل یکنواخت می دهد. ترکیبی از نیروهای برشی و برخورد بین ذرات به همگن سازی و پراکندگی مافوق صوت لبه سودمند ارائه تعلیق کلوئیدی بسیار همگن و پراکندگی!
توالی تصویر زیر نیروهای حفره ای سونوگرافی را بر روی پوسته های گرافیت نشان می دهد.

دنباله ای با سرعت بالا (از a تا f) از قاب هایی که لایه برداری سونومکانیکی یک پوسته گرافیت در آب را با استفاده از UP200S، یک اولتراسونیک 200 وات با سونوترود 3 میلی متری. فلش ها محل شکاف (لایه برداری) را با حباب های کاویتاسیون که به شکاف نفوذ می کنند نشان می دهند.
© تیرنینا و همکاران 2020 (CC BY-NC-ND 4.0)

پراکندگی و همگن سازی نانومواد

برای هر دو امولسیون و پراکندگی، تهیه مخلوط های نانو یک کار چالش برانگیز است. اکثر تکنیک های همگن سازی و ترکیب مرسوم مانند میکسرهای تیغه، آسیاب های مهره، هموژنایزرهای فشار بالا و سایر میکسرها قادر به تولید ذرات به اندازه میکرون هستند، اما نمی توانند قطرات و جامدات را به اندازه نانو به طور قابل اعتماد بشکنند. این بیشتر به دلیل شدت ناکافی است. به عنوان مثال، میکسرهای تیغه ای برش کافی برای شکستن ذرات به اندازه نانو فراهم نمی کنند. آسیاب های مهره، نوع دیگری از هموژنایزر، نمی توانند جامدات را به طور یکنواخت تا اندازه ذرات ظریف تر از خود مهره ها آسیاب کنند. مهره های آسیاب معمولی دارای اندازه متوسط بین 1500 میلی متر هستند – 35,000 میلی متر. مشکل دیگر آلودگی در اثر سایش و پارگی محیط فرز است. از آنجا که مافوق صوت ارائه فوق العاده بالا, در عین حال دقیقا نیروهای برشی قابل کنترل, حفره اولتراسوند تکنیک ارجح برای تولید قابل اعتماد نانو پراکندگی و نانو امولسیون در آزمایشگاه است (R&D)، خلبان و تنظیمات صنعتی.

مقیاس بالا از فرآیندهای همگن مافوق صوت

هنگامی که مقیاس تا از یک هموژنایزر اولتراسونیک آزمایشگاهی به یک مافوق صوت خلبان، و از یک سیستم خلبان به یک هموژنایزر اولتراسونیک تولید در مقیاس کامل، مقیاس بالا را می توان به طور کامل خطی اعمال می شود! تمام پارامترهای مهم فرآیند مانند دامنه، فشار، دما و زمان پردازش ثابت نگه داشته می شوند، تنها سطح پروب اولتراسونیک و اولتراسونیک به عنوان همزن پرانرژی پروب به واحدهای بزرگتر و قدرتمندتر مقیاس می شوند. مقیاس پذیری خطی فرآیندهای همگن سازی اولتراسونیک اجازه می دهد تا در تولید بزرگ همان نتایج با کیفیت بالا را که در تنظیمات آزمایشگاهی و خلبانی به دست آورید.

مناسب ترین هموژنایزر اولتراسونیک را برای فرآیند خود پیدا کنید!

Hielscher اولتراسونیک شریک طولانی مدت با تجربه خود را برای هموژنایزرهای مافوق صوت است. همه مافوق صوت Hielscher در دفتر مرکزی ما در آلمان قبل از اینکه ما آنها را به مشتریان ما در سراسر جهان کشتی طراحی شده، تولید و آزمایش شده است. هموژنایزرهای مافوق صوت Hielscher دستگاه های با کیفیت بالا با عملکرد بالا ثابت هستند, قابلیت اطمینان, استحکام, و کاربر پسند. پیچیدگی فنی فن آوری همگن سازی اولتراسونیک به کاربران تجهیزات Hielscher مزایای رقابتی می دهد که آنها را به رهبر بازار در صنعت خود تبدیل می کند. با طیف گسترده ای از محصولات از آزمایشگاه و هموژنایزرهای نیمکت بالا، سیستم های خلبان و هموژنایزرهای مافوق صوت تمام صنعتی برای تولیدات تجاری، Hielscher دارای سیستم اختلاط اولتراسونیک ایده آل برای نیازهای شما. لوازم جانبی منیفولد امکان تنظیم هموژنایزر اولتراسونیک ایده آل را فراهم می کند – تطبیق نیازهای فردی.
الزامات و مشخصات فرآیند خود را به ما بگویید – ما با کمال میل مناسب ترین و کارآمدترین هموژنایزر اولتراسونیک را برای کاربرد خود به شما توصیه می کنیم!

راندمان بالا با استفاده از هموژنایزرهای اولتراسونیک

با توجه به بهره وری فرآیند فوق العاده، هزینه های سرمایه گذاری معقول، بهره وری انرژی بسیار بالا و هزینه های کم کار و تعمیر و نگهداری، هموژنایزرهای مافوق صوت Hielscher از تکنیک های همگن سازی معمولی outcompeteate و دستیابی به ROI سریع (بازگشت سرمایه گذاری). اغلب، یک هموژنایزر اولتراسونیک در عرض چند ماه مستهلک می شود.

سونوگرافی با قدرت بالا برای همگن سازی صنعتی

دامنه مهم ترین پارامتر فرآیند در فرآیندهای همگن سازی مبتنی بر سونوگرافی است. همه مافوق صوت Hielscher اجازه می دهد کنترل دقیق بر دامنه. بسته به هدف فرآیند، دامنه کمتری را می توان برای شرایط پردازش ملایم تر تنظیم کرد یا دامنه بالایی برای نتایج پراکندگی مخرب تر انتخاب می شود. ماسونیک آلات صنعتی Hielscher می تواند دامنه بسیار بالا ارائه. دامنه های تا 200 میکرومتر را می توان به راحتی به طور مداوم در عملیات 24/7 اجرا کرد. برای دامنه های حتی بالاتر ، سونوترودهای اولتراسونیک سفارشی در دسترس هستند.

نیاز به تعمیر و نگهداری کم برای هموژنایزرهای اولتراسونیک

هموژنایزرهای اولتراسونیک نه تنها آسان برای تمیز کردن از sonotrode و راکتور تنها اجزای که قطعات مرطوب هستند و در تماس با مواد پردازش شده هستند. Sonotrode (همچنین به عنوان شاخ اولتراسونیک یا کاوشگر شناخته می شود) و راکتور به ترتیب از تیتانیوم و فولاد ضد زنگ ساخته شده اند و دارای هندسه های تمیز بدون روزنه یا گوشه های مرده هستند.
تنها بخشی که در معرض سایش و پارگی است، پروب اولتراسونیک است که می تواند بدون اختلال قابل توجهی در عملیات جایگزین شود. sonotrode از یک آزمایشگاه ultrasonicator در حدود تغییر می کند. 10 دقیقه، در حالی که تغییر یک sonotrode از یک هموژنایزر اولتراسونیک صنعتی ممکن است حدود 30-45 دقیقه.

همین حالا با ما تماس بگیرید! تیم مجرب ما خوشحال خواهد شد که اطلاعات فنی و توصیه های مربوط به فرآیند را ارائه دهد!

جدول زیر به شما نشانه ای از ظرفیت پردازش تقریبی مافوق صوت ما می دهد: