Sekoitus suurilla leikkausvoimilla ultraäänen avulla
Suurten leikkausvoimien sekoittimet kohdistavat nesteisiin ja lietteisiin suuria leikkausvoimia, jotta kaksi tai useampia neste–kiinteä- tai neste–nestefaaseja voidaan dispergoida, sekoittaa ja emulgoida tasaisesti. Ultraäänikäsittely tuottaa suuria leikkausvoimia akustisen kavitaation avulla. Kavitaatiota syntyy, kun suuritehoista ultraääntä kytketään nesteisiin. Suurten leikkausvoimien ultraäänisekoittimet edustavat ylivertaista sekoitustekniikkaa, joka päihittää helposti yleisesti käytetyt suurten leikkausvoimien lapasekoittimet, moniakselisekoittimet, korkeapainehomogenisaattorit, kolloidimyllyt ja lapasekoittajat.
Suurten leikkausvoimien ultraäänisekoittimien edut
Suurten leikkausvoimien ultraäänisekoittimia on saatavilla 50 W:n laboratoriohomogenisaattoreista aina 16 000 W:n teollisiin sekoitusjärjestelmiin asti. Laaja laboratorio-, pöytä- ja teollisuusmallien valikoima mahdollistaa käyttökohteeseesi ja tuotantomäärääsi ihanteellisesti sopivan suurten leikkausvoimien ultraäänisekoittimen valinnan.
Ultraäänisondin suuret amplitudit synnyttävät voimakasta kavitaatiota, johon liittyy nopeita nestevirtauksia ja monimutkaista turbulenssia. Ultraäänen tuottama voimakas hydraulinen ja mekaaninen leikkaus pienentää hiukkaset ja pisarat mikro- ja nanokokoon. Koska ultraäänikäsittelyn prosessiparametreja voidaan hallita ja säätää tarkasti, sekoituksen, jauhatuksen tai dispergoinnin vaikutus voidaan sovittaa täsmällisesti materiaaliin ja prosessin tavoitteeseen. Suurten leikkausvoimien ultraäänisekoittimet lyhentävät sekoitus- ja jauhatusaikaa sekä tuottavat luotettavasti hienojakoisia ja erittäin hienojakoisia dispersioita.
Ultraäänisekoitinta voidaan käyttää panosprosesseissa ja jatkuvissa läpivirtausprosesseissa. Erilaiset ultraäänivirtauskennot ja -reaktorit mahdollistavat virtojen sekoittamisen hyvin erilaisilla tilavuusvirroilla ja viskositeeteilla. Suurten leikkausvoimien ultraäänisekoitin pystyy käsittelemään erittäin suuria kiintoainepitoisuuksia, eivätkä edes hyvin hankaavat hiukkaset aiheuta ongelmia.
Miten sekoitus suurilla leikkausvoimilla toimii ultraäänikäsittelyssä?
Suurten leikkausvoimien ultraäänisekoittimet käyttävät samaa mekaanista periaatetta kuin teolliset sekoitusjärjestelmät, kuten suurten leikkausvoimien lapasekoittimet, moniakselisekoittimet, kolloidimyllyt, korkeapainehomogenisaattorit ja lapasekoitinjärjestelmät. Ultraäänisekoitusjärjestelmiä käytetään hiukkasten dispergointiin ja jauhatukseen, öljy- ja vesifaasien emulgointiin, kiinteän aineen liuottamiseen sekä kaikenlaisten materiaalien homogeenisten seosten tuottamiseen nesteissä ja lietteissä. Ultraäänellä leikkausvoimia tuottavissa sekoittimissa ultraäänisondi sijoitetaan sekoitusastiaan, kuten panossäiliöön tai virtauskennoon. Ultraäänihajottimen sondi värähtelee nesteessä erittäin suurella taajuudella ja synnyttää nesteeseen voimakasta ultraäänikavitaatiota. Kavitaatiokuplien luhistuminen tuottaa voimakkaita leikkausvoimia, jotka hajottavat ja rikkovat pisaroita, agglomeraatteja, aggregaatteja ja jopa primäärihiukkasia. Koska ultraäänikavitaatio synnyttää nopeita kavitaatiovirtauksia, joiden nopeus on jopa 1 000 km/h, kavitaation nestesuihkut kiihdyttävät hiukkasia. Kun kiihtyneet hiukkaset törmäävät toisiinsa, ne toimivat jauhatuskappaleina. Törmäävät hiukkaset hajoavat tämän seurauksena ja pienenevät mikro- tai nanokokoon. Ultraäänikavitaatiokentässä paine vaihtelee nopeasti ja toistuvasti tyhjiöstä jopa paineeseen 1 000 bar. Pyörivän sekoittimen, jossa on 4 sekoituslapaa, olisi toimittava huikealla kierrosnopeudella 300 000 RPM, jotta se saavuttaisi saman vaihtuvien painejaksojen taajuuden. Perinteiset pyörivät sekoittimet ja roottori–staattorisekoittimet eivät tuota merkittävää määrää kavitaatiota nopeusrajoitustensa vuoksi.
Suurten leikkausvoimien ultraäänisekoitin UIP2000hdT, tehokas 2 kW:n sekoitusyksikkö
Prosessivinkki: ultraäänisekoitus paineen alaisena
Ultraäänireaktorin tai virtauskennon paineistaminen voimistaa akustista kavitaatiota. Hielscher Ultrasonics toimittaa erilaisia virtauskenno- ja reaktorityyppejä, joissa paine voidaan helposti nostaa jopa tasolle 5 barg. Räätälöidyt ultraäänireaktorit kestävät suurempia paineita, jopa 300 barg.
Suurten leikkausvoimien ultraäänisekoittimet ja niiden käyttökohteet
Suurten leikkausvoimien ultraäänisekoittimet tuottavat voimakkaita leikkausvoimia, jotka vaikuttavat tarvittavalla tavalla hiukkasiin, kuten kiintoaineisiin, pisaroihin, kiteisiin ja kuituihin, hajottaen ja pienentäen ne tavoitekokoon, joka voi olla mikro- tai nanoluokkaa. Ultraääniprosessin parametrit voidaan säätää täsmällisesti materiaalin kovuuden ja haurauden mukaan halutun sekoitustuloksen saavuttamiseksi. Verrattuna vaihtoehtoisiin sekoitusmenetelmiin, kuten suurten leikkausvoimien lapasekoittajiin, korkeapainehomogenisaattoreihin, kolloidi- ja helmimyllyihin sekä akselisekoittimiin, ultraäänihajottimet tarjoavat merkittäviä etuja.
Suurten leikkausvoimien ultraäänisekoittimien edut
- Voimakas kavitaatio ja leikkaus
- Hiukkasten tasainen käsittely
- Suuret kiintoainepitoisuudet
- Ei suuttimia / ei tukkeutumista
- Jauhatuskappaleita (eli helmiä) ei tarvita
- Lineaarinen skaalattavuus
- Helppo ja turvallinen käyttö
- Helppo puhdistaa
- Aika- ja energiatehokas
Suurten leikkausvoimien ultraäänisekoittimet hiukkaskoon pienentämiseen
Ultraäänihajottimia käytetään hiukkaskoon pienentämiseen ja hiukkasten jakautumiseen riippumatta siitä, tarkoittaako tämä primäärihiukkasten varsinaista hienontamista (jota kutsutaan jauhatukseksi) vai agglomeraattien hajottamista (jota kutsutaan deagglomeroinniksi / dispergoinniksi).
Lue lisää hiukkasten ultraäänijauhatuksesta ja -dispergoinnista!
Suurten leikkausvoimien ultraäänisekoittimet emulgointiin
Kun kahta toisiinsa sekoittumatonta nestettä (esim. vettä ja öljyä) käsitellään ultraäänellä sondityyppisellä ultraäänisekoittimella, ultraäänikavitaatio hajottaa pisarat – tuottaen kahdesta toisiinsa sekoittumattomasta faasista hyvin pieniä pisaroita, jotka sitten sekoitetaan keskenään. Koska suurten leikkausvoimien ultraäänisekoittimet tuottavat helposti nanokokoisia pisaroita, stabiloidut ultraääniemulsiot ovat pitkäaikaisesti stabiileja ja ulkonäöltään kirkkaita ja läpinäkyviä.
Koska jokaisella emulsiotyypillä on oma emulgointi- ja leikkauskynnyksensä, jolla saavutetaan optimaalinen pisarakoko ja optimaaliset ominaisuudet, sekoitusparametrien tarkka säätäminen on ratkaisevan tärkeää. Liian vähäinen leikkaus tuottaa liian suuria pisaroita, jotka yhdistyvät nopeasti ja johtavat faasien erottumiseen, kun taas liian voimakas leikkaus voi tuhota tuotteen. Suurten leikkausvoimien ultraäänisekoittimia voidaan hallita tarkasti ja säätää prosessin tarpeiden mukaan.
Napsauta tästä ja lue lisää ultraäänellä tehtävästä nanoemulgoinnista!
Suurten leikkausvoimien ultraäänisekoitin UP200Ht emulgointiin
Suurten leikkausvoimien ultraäänisekoittimet sekoittamiseen ja liuottamiseen
Suurten leikkausvoimien ultraäänisekoittimia käytetään hiukkasten, kuten jauheiden, pigmenttien ja kuitujen, sekoittamiseen, jauhatukseen, dispergointiin ja liuottamiseen nopealla, luotettavalla ja helpolla prosessilla. Ultraäänen tuottama kavitaatio lisää aineensiirtoa kiintoaineiden ja nesteen välillä. Ultraäänikavitaatio vaikuttaa voimakkaasti kiinteisiin hiukkasiin: kavitaation nestevirtaukset kuluttavat kiintoaineiden pintaa ja kuljettavat irronneet kappaleet nesteeseen tuottaen näin homogeenisen suspension.
Napsauta tästä ja lue lisää ultraäänellä tehtävästä liuottamisesta!
Suurten leikkausvoimien ultraäänisekoittimien käyttökohteet
- Jauhatus ja hienonnus
- Deagglomerointi ja dispergointi
- Emulgointi
- Jauheiden liuottaminen
- Aineensiirron tehostaminen
- Sonokemialliset reaktiot
Järjestelmä SonoStation – ultraäänijärjestelmä, jossa on 2 x 2 kW:n ultraäänilaitteet, sekoitettu säiliö ja pumppu – on käyttäjäystävällinen järjestelmä sekoitus-, jauhatus- ja dispergointisovelluksiin.
Suurten leikkausvoimien sekoittimet kaikissa kokoluokissa
Hielscher Ultrasonics suunnittelee, valmistaa ja myy tehokkaita suurten leikkausvoimien sekoittimia pienikokoisista mutta tehokkaista laboratoriolaitteista aina pilotti- ja teollisuusmittakaavan sekoittimiin suurten tilavuusvirtojen käsittelyyn kaupallisessa tuotannossa.
Suurten leikkausvoimien sekoittimet laboratorioon
Sondityyppiset ultraäänisekoittimet ovat vakiintuneita työvälineitä jokaisessa laboratoriossa. Koska ultraääniprosessit voidaan skaalata lineaarisesti suuriin tilavuuksiin, Hielscherin suurten leikkausvoimien ultraäänisekoittimet sopivat ihanteellisesti prosessisi kehittämiseen ja optimointiin pienessä mittakaavassa. Kun optimaaliset prosessiparametrit on määritetty, sekoitussovelluksesi voidaan skaalata lineaarisesti pilottimittakaavaan ja suurtuotantoon.
Hielscher tarjoaa laboratoriomittakaavan työskentelyyn suurten leikkausvoimien ultraäänisekoittimia, joiden ultraäänisekoitusteho on 50–400 wattia.
Suurten leikkausvoimien sekoittimet teollisuuteen
Hielscher tarjoaa teollisia suurten leikkausvoimien sekoittimia, jotka ovat suuritehoisia ultraääniprosessoreita ja jotka on suunniteltu suurten lietevirtojen jauhatukseen, dispergointiin, emulgointiin ja sekoittamiseen vaativassa käytössä. Nämä teolliset sekoittimet käsittelevät helposti suuria kiintoainepitoisuuksia ja hankaavia hiukkasia. Teollisten suurten leikkausvoimien ultraäänisekoittimien sondit (sonotrodit) on varustettu laipalla, joten sekoitin voidaan asentaa terässäiliöihin, lasiastioihin tai muovisäiliöihin missä tahansa asennossa. Tämä mahdollistaa ultraäänikäsittelyastian paineistamisen. Ultraääniastian tai virtauskennon paineistaminen voimistaa akustista kavitaatiota ja siten ultraäänisekoitusprosessia. Hielscher Ultrasonics tarjoaa teollisia suurten leikkausvoimien sekoittimia, joiden teho on 500–16 000 wattia. Mallin UIP16000 avulla Hielscher tarjoaa maailman tehokkaimman suurten leikkausvoimien ultraäänisekoittimen.
Erittäin viskoosisia materiaaleja? – Ei ongelmaa! Kaikki Hielscherin pöytä- ja teollisuusluokan ultraääniprosessorit pystyvät helposti käsittelemään viskoosisia lietteitä, joiden viskositeetti on jopa 250 000 senttipoisia. Kun viskositeetti on yli 2 000 cPs, suosittelemme läpivirtauskennojen käyttöä yhdessä epäkeskoruuvipumppujen kanssa ultraääniaaltojen tehokkaamman nesteeseen kytkeytymisen varmistamiseksi.
Miten löydät oikean suurten leikkausvoimien ultraäänisekoittimen?
Hielscher Ultrasonics on kokenut, pitkään alalla toiminut tehokkaiden ja luotettavien suurten leikkausvoimien ultraäänisekoitusjärjestelmien valmistaja. Näitä järjestelmiä käytetään hiukkasten dispergointiin ja hajottamiseen, nanoemulsioiden valmistamiseen sekä jauheiden liuottamiseen nesteisiin. Ultraäänisekoittimien markkinajohtajana Hielscher suunnittelee, valmistaa ja myy suurten leikkausvoimien ultraäänisekoittimia ja homogenisaattoreita laboratorio- ja pöytämittakaavasta aina pilotti- ja täyteen teollisuusmittakaavaan asti.
Seuraaviin kysymyksiin vastaaminen auttaa löytämään prosessiisi parhaiten sopivan suurten leikkausvoimien sekoittimen:
- Mikä on tavoiteltu käyttökohteesi?
- Mikä on tyypillinen käsiteltävä tilavuus?
- Mitkä ovat prosessin kriittiset tekijät?
- Mitkä laatustandardit on saavutettava?
Hyvin koulutettu ja kokenut henkilöstömme auttaa sinua kaikissa kysymyksissä ja sekoitusprosessisi suunnittelussa. Hielscher Ultrasonics tarjoaa perusteellista ultraäänikäsittelyn neuvontaa auttaakseen asiakkaitaan löytämään kaikkein ihanteellisimman suurten leikkausvoimien ultraäänisekoittimen. Hielscherin palvelu jatkuu myös tästä eteenpäin: koulutamme asiakkaita joko heidän omissa tiloissaan tai ultraääniprosessilaboratoriossamme ja teknologiakeskuksessamme tukeaksemme heitä prosessin kehittämisessä, optimoinnissa ja skaalauksessa.
Hielscher Ultrasonicsin teolliset ultraääniprosessorit tuottavat helposti erittäin suuria amplitudeja, joita tarvitaan kovien hiukkasten ja agglomeraattien hajottamiseen tai suuren kiintoainepitoisuuden lietteiden käsittelyyn. Hielscherin teolliset sekoittimet toimivat helposti jopa 200 µm:n amplitudeilla jatkuvassa 24/7-käytössä. Jos tietyt prosessit edellyttävät vielä suurempia amplitudeja, saatavilla on räätälöityjä ultraäänisondeja. Lisävarusteita, kuten amplitudinvahvistimia, virtauskennoja, ultraäänikäsittelyreaktoreita ja täydellisiä kierrätysjärjestelmiä, on helposti saatavilla. Niiden avulla ultraäänisekoitusjärjestelmäsi voidaan määrittää optimaalisesti prosessisi vaatimuksiin sopivaksi. Kaikki sonotrodit ja reaktorit, jotka ovat ainoat väliaineen kanssa kosketuksiin joutuvat osat, soveltuvat CIP/SIP-käsittelyyn (puhdistus ja sterilointi paikallaan).
Edistykselliset suurten leikkausvoimien ultraäänisekoittimet
Hielscher Ultrasonics keskittyy tehokkaisiin solujen hajotuslaitteisiin, joissa yhdistyvät paras mahdollinen käyttäjäystävällisyys ja uusimmat tekniset edistysaskeleet. Tämä tarkoittaa, että Hielscherin laboratoriohajottimien ominaisuudet vastaavat yhä paremmin teollisten koneiden älykkyyttä. Käyttäjä voi ohjata Hielscherin digitaalisia ultraäänilaitteita selaimen etäohjauksella. Automaattinen tiedontallennusohjelmisto tallentaa kaikki tärkeät ultraääniparametrit, kuten nettotehon, kokonaistehon, amplitudin, lämpötilan, paineen, ajan ja päivämäärän, CSV-tiedostona sisäänrakennetulle SD-kortille. Lisäksi ultraäänihajotin voidaan ohjelmoida sammumaan automaattisesti määritetyn ajan tai tietyn energiansyötön jälkeen, ja siihen voidaan ohjelmoida pulssittaisia ultraäänikäsittelytiloja. Liitettävät lämpötila- ja paineanturit mahdollistavat näytteen olosuhteiden tarkan seurannan. Koska lämpöherkkien materiaalien lämpötilan hallinta on ratkaisevan tärkeää prosessitulosten laadulle, Hielscher tarjoaa erilaisia ratkaisuja prosessilämpötilan pitämiseksi tavoitellulla lämpötila-alueella.
Hielscherin ultraäänilaitteiden edistykselliset toiminnot varmistavat parhaan mahdollisen prosessinhallinnan, luotettavat ja toistettavat ultraäänikäsittelytulokset, käyttäjäystävällisyyden ja työskentelymukavuuden.
Laatua – valmistettu Saksassa
Perheomisteisena ja perheen johtamana yrityksenä Hielscher asettaa ultraääniprosessoriensa korkeimmat laatustandardit etusijalle. Kaikki ultraäänilaitteet suunnitellaan, valmistetaan ja testataan perusteellisesti päätoimipaikassamme Teltowissa lähellä Berliiniä Saksassa. Hielscherin ultraäänilaitteiden kestävyys ja luotettavuus tekevät niistä tuotantosi työjuhtia. Ympärivuorokautinen 24/7-käyttö täydellä kuormalla ja vaativissa ympäristöissä on Hielscherin tehokkaiden sekoittimien luontainen ominaisuus.
Voit ostaa Hielscherin suurten leikkausvoimien ultraäänisekoittimia eri kokoluokissa ja prosessiisi sovitettuina. Olipa kyse nesteiden käsittelystä pienessä laboratorion dekantterilasissa tai lietteiden jatkuvasta läpivirtaussekoituksesta teollisuusmittakaavassa, Hielscher Ultrasonics tarjoaa sinulle sopivan suurten leikkausvoimien sekoittimen! Ota yhteyttä – suosittelemme mielellämme sinulle ihanteellista ultraäänisekoitinkokoonpanoa!
Alla oleva taulukko antaa viitteitä ultraäänilaitteidemme likimääräisestä käsittelykapasiteetista:
| Panostilavuus | Tilavuusvirta | Suositellut laitteet |
|---|---|---|
| 1–500 mL | 10–200 mL/min | UP100H |
| 10–2 000 mL | 20–400 mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1–20 L | 0,2–4 L/min | UIP2000hdT |
| 10–100 L | 2–10 L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10–100 L/min | UIP16000 |
| n.a. | suurempi | laiteryhmä, joka koostuu laitteista UIP16000 |
Ota yhteyttä! / Kysy meiltä!
Suuritehoiset ultraäänihomogenisaattorit laboratoriomittakaavasta aina pilottimittakaavaan ja teolliseen mittakaavaan.
Hyödyllistä tietoa
Ultraäänilaitteet ja niiden käyttö suurten leikkausvoimien sekoittimina
Ultraäänilaitteet ovat sondityyppisiä laitteita, joiden määrittävä ominaisuus on ultraäänivärähtelyjen siirtäminen ultraäänisondin kautta käsiteltävään väliaineeseen. Sondi, jota kutsutaan myös sonotrodiksi, on titaanitanko, joka värähtelee ultraäänitaajuudella, esimerkiksi 20 kHz:n taajuudella. Värähtely 20 kHz:n taajuudella tarkoittaa, että sondin vaakasuora pinta laajenee ja supistuu 20 000 kertaa sekunnissa. Nämä sondin kärjen nopeat liikkeet ultraäänitaajuusalueella kytkeytyvät nesteeseen. Nesteessä ultraääniaallot kulkevat väliaineen läpi ja synnyttävät vuorottelevia korkean ja matalan paineen jaksoja. Matalan paineen jakson aikana syntyy hyvin pieniä tyhjiökuplia, jotka kasvavat useiden painejaksojen ajan, kunnes ne saavuttavat pisteen, jossa ne eivät enää pysty absorboimaan energiaa. Suurimmassa koossaan kavitaatiokupla puhkeaa rajusti. Luhistuminen synnyttää suuren energiatiheyden kentän, jossa esiintyy erittäin korkeita lämpötiloja ja paineita, vastaavia lämpötila- ja paine-eroja, jopa 180 m/sec:n nopeudella liikkuvia nestevirtauksia ja turbulenssia. Tämä kavitaatioenergia vaikuttaa voimakkaasti nesteisiin ja lietteisiin ja tuottaa poikkeuksellisia sekoitus-, yhdistämis-, jauhatus-, dispergointi- ja emulgointituloksia. Suurten leikkausvoimien ultraäänisekoittimet tuottavat helposti nanokokoisia hiukkasia ja pisaroita, joiden hiukkas- tai pisarakokojakauma on erittäin kapea.
Lue tästä, mitä eroja ultraääni- eli akustiseen kavitaatioon ja hydrodynaamiseen kavitaatioon perustuvien käsittelyjen välillä on!
Suurten leikkausvoimien ultraäänisekoittimien yleiset käyttöalat
- Kiintoaine–nesteformulaatioiden dispergointi, liuottaminen ja sekoittaminen
- Emulgointi
- Materiaalitiede
- Näytteiden valmistelu ennen analyysiä
- Nanohiukkassovellukset
- Hiukkasten funktionalisointi
- Faasinsiirtoreaktiot
Kirjallisuus / Lähteet
- 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.