Désintégration par ultrasons : Mouiller, dissoudre, disperser

Désintégrateurs à ultrasons et leurs applications

Les désintégrateurs à ultrasons délivrent des forces de cisaillement intenses, qui créent l'impact nécessaire sur les solides tels que les particules, les cristaux et les fibres pour les désagréger et les décomposer à une taille ciblée, par exemple au micron ou au nanomètre. Par rapport aux autres méthodes de désintégration telles que les mélangeurs à pales à haut cisaillement, les homogénéisateurs à haute pression, les broyeurs à billes, les microfluidisateurs, etc. les désintégrateurs à ultrasons présentent des avantages majeurs.

Avantages des désintégrateurs à ultrasons

• Cavitation et cisaillement de haute intensité
• Traitement uniforme des particules
• des concentrations élevées de solides
• Pas de buses / pas d'obstruction
• Aucun milieu de broyage (c'est-à-dire des perles) n'est nécessaire
• évolutivité linéaire
• Facile & fonctionnement sûr
• Facile à nettoyer
• Temps- & a faible consommation

Le principe de fonctionnement des désintégrateurs à sonde ultrasonique est basé sur la génération d'une cavitation acoustique. Grâce à la sonde ultrasonique, des ondes ultrasonores de haute intensité sont transmises dans le milieu de traitement (c'est-à-dire un liquide ou une boue). Les ondes ultrasonores traversent le liquide, où elles créent des cycles alternés de haute pression et de basse pression. Pendant les cycles de basse pression, de minuscules bulles de vide, appelées bulles de cavitation, se produisent. Ces bulles de cavitation se développent sur plusieurs cycles de pression jusqu'à ce qu'elles atteignent une taille où elles ne peuvent plus absorber d'énergie. À ce stade, les bulles de cavitation implosent violemment et créent localement des conditions extrêmes telles que des températures et des pressions très élevées, des différences de température et de pression extrêmes (dues à des taux de chauffage/refroidissement élevés et à des fluctuations de pression), des micro-turbulences et des courants liquides dont la vitesse peut atteindre 180 m/s. Ces conditions ont des effets mécaniques importants sur les particules du milieu, car les courants liquides à grande vitesse accélèrent les particules du milieu de sorte qu'elles entrent en collision. Par la collision entre les particules, la matière solide (par exemple, les particules, les fibres, les cellules) s'érode, se brise et est fragmentée en morceaux de taille micronique et nanométrique.
Les fortes turbulences créées par les ultrasons augmentent le transfert de masse entre les phases et favorisent ainsi la dissolution des poudres ou des réactions chimiques hétérogènes. Les désintégrateurs à ultrasons sont donc l'outil privilégié pour intensifier des processus tels que le broyage, la dispersion, l'émulsification et la dissolution.

Applications des désintégrateurs à ultrasons

• fraisage & broyage
• désagglomération & dispersion
• émulsification
• Dissolution des poudres
• Améliorer le transfert de masse
• Réactions sonochimiques

Désintégrateurs à ultrasons pour la réduction de la taille des particules

Les désintégrateurs à ultrasons sont utilisés pour la réduction de la taille des particules et la distribution des particules, que ce soit par une véritable fragmentation des particules primaires (appelée broyage) ou par la rupture des agglomérats (appelée désagglomération / dispersion).

Distribution de la taille des particules et images MEB du Mg2Si avant et après le broyage par ultrasons (UM). (a) Distribution de la taille des particules ; (b) image MEB avant le broyage par ultrasons ; (c) image MEB après le broyage par ultrasons dans de l'EtOH à 50 % de PVP-50 % pendant 2 h.
source : Marquez-Garcia et al. 2015.

Désintégrateurs à ultrasons pour le broyage & broyage

La cavitation générée par les ultrasons crée des forces de cisaillement intenses et donc des collisions interparticulaires connexes. Les solides dans la boue agissent comme un agent de broyage (comparable aux perles dans un moulin à perles) : Ils sont accélérés par les courants liquides cavitationnels, qui atteignent facilement des vitesses allant jusqu'à 180 m/s. Lorsque les particules se heurtent les unes les autres à une vitesse aussi énorme, elles se brisent et se brisent en fragments de la taille du micron et du nanomètre. Les désintégrateurs à ultrasons peuvent même briser les particules primaires. Les réacteurs à cellules à flux ultrasonore assurent le traitement uniforme de toutes les particules, de sorte que le broyage par ultrasons donne une distribution granulométrique étroite.
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Désintégrateurs à ultrasons pour la désagglomération & dispersion

Les paramètres du processus ultrasonore peuvent être contrôlés très précisément, de sorte que les désintégrateurs ultrasonores peuvent broyer des particules primaires lorsque de fortes amplitudes et une pression élevée sont appliquées. D'autre part, les systèmes de désintégration par ultrasons peuvent également fonctionner à des amplitudes plus faibles et dans des conditions plus douces, de sorte que la structure et la surface des particules restent intactes, mais que les agglomérats sont brisés et que les particules individuelles sont réparties uniformément dans la boue.
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Désintégrateurs à ultrasons pour l'émulsification

Lorsque deux liquides non miscibles (par exemple, l'eau et l'huile) sont soniqués, la cavitation ultrasonique perturbe les gouttelettes – produisant de très petites gouttelettes des deux phases non miscibles, qui sont ensuite mélangées ensemble. Comme les désintégrateurs à ultrasons produisent facilement des gouttelettes de taille nanométrique, les émulsions ultrasoniques stabilisées présentent une stabilité à long terme et un aspect transparent clair.
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Désintégrateurs à ultrasons pour la dissolution

Les désintégrateurs à ultrasons sont utilisés pour dissoudre la poudre et les comprimés de manière rapide, facile et sûre. La cavitation générée par les ultrasons érode la surface des solides et transporte les fragments érodés dans le liquide, produisant ainsi une solution homogène.
Dans l'industrie pharmaceutique, la dissolution des comprimés est une tâche quotidienne, par exemple à des fins d'analyse. Lorsque les comprimés sont exposés à un environnement aqueux, le comprimé se dissout lentement dans un processus très long. Même avec l'utilisation d'un agitateur commun ou d'un agitateur à pales, la dissolution complète des comprimés reste longue. La cavitation ultrasonique et ses forces de cisaillement extraordinairement intenses détachent les particules du comprimé et les transportent dans le diluant, ce qui permet de maintenir en permanence le transfert de masse entre la surface du comprimé et le diluant frais et non saturé. La dissolution par ultrasons est donc un processus extrêmement rapide et efficace, qui contribue à accélérer la dissolution de la drogue.
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Comment fonctionne un désintégrateur mécanique ?

Les désintégrateurs ultrasoniques de laboratoire utilisent le même principe mécanique que les désintégrateurs industriels. Les systèmes de mélange des désintégrateurs désintègrent les agglomérats et les agrégats, solubilisent les matières solides ou dispersent les particules solides dans des mélanges liquides. La désintégration par ultrasons intègre une sonde ultrasonore à haute intensité dans un réservoir de charge ou dans un réacteur à cellule d'écoulement en ligne. La sonde (sonotrode) du désintégrateur à ultrasons vibre dans le liquide à une très haute fréquence et crée une cavitation ultrasonore intense dans le liquide. Chaque effondrement de bulle de cavitation entraîne de puissantes forces de cisaillement, qui brisent les agglomérats, les agrégats et même les particules primaires. De plus, la cavitation ultrasonore produit un flux cavitationnel à grande vitesse pouvant atteindre 1000km/h. Les jets liquides cavitationnels heurtent les agglomérats de particules, rompent les parois des cellules, améliorent le transfert de matière dans la boue et dispersent les solides dans tout le volume liquide. Dans le domaine de la cavitation ultrasonique, les pressions alternent rapidement et de manière répétée entre le vide et jusqu'à 1000 bars. Un mélangeur rotatif à 4 pales devrait fonctionner à une vitesse stupéfiante de 300 000 tr/min pour obtenir la même fréquence de cycles de pression alternée. Les mélangeurs rotatifs et les mélangeurs rotor-stator conventionnels ne créent pas de cavitation importante en raison de leur vitesse limitée.

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Désintégrateurs ultrasoniques de laboratoire

Les appareils à ultrasons de type sonde sont un outil très utile dans chaque laboratoire. Une sonde à ultrasons (également appelée sonotrode) est une tige de titane à géométrie simple et facile à nettoyer qui couple les vibrations ultrasonores dans un liquide. Hielscher fabrique des sondes et des embouts à ultrasons dans une large gamme de tailles. Pour la désintégration la plus courante des solides en laboratoire, les sondes ultrasoniques de 3, 7, 14 ou 22 mm de diamètre sont très utiles. D'autres tailles de sondes et des sondes ultrasoniques de taille personnalisée sont disponibles. Les appareils à ultrasons typiques pour la désintégration en laboratoire ont une puissance ultrasonore allant de 100 à 400 watts.

Désintégrateurs industriels à ultrasons

Les désintégrateurs industriels de Hielscher sont des processeurs à ultrasons de grande puissance conçus pour la désintégration continue de grands flux de boue. Ces systèmes industriels peuvent facilement traiter de fortes concentrations de matières solides. Les sondes ultrasoniques industrielles sont équipées d'une bride qui peut être montée sur des cuves en acier, des réacteurs en verre ou des conteneurs en plastique dans n'importe quelle orientation. La pressurisation de la cuve de sonication ou de la cellule d'écoulement intensifie la cavitation acoustique et donc le processus de sonication. Les équipements de désintégration industrielle à ultrasons typiques ont une puissance ultrasonore allant de 1 000 à 16 000 watts par sonotrode.

Les industries, où la désintégration par ultrasons est largement répandue :

• Disperser, dissoudre, mélanger des formulations solides/liquides
• Science des matériaux
• Préparation de l'échantillon avant l'analyse
• Applications des nanoparticules
• fonctionnalisation des particules
• Réactions de transfert de phase
• Cristallisation / Précipitation
• Transformation alimentaire
• Industrie papetière
• Digestion de la biomasse

Comment acheter le bon désintégrateur à ultrasons ?

Hielscher Ultrasonics est un fabricant expérimenté de longue date de désintégrateurs à ultrasons de haute performance, qui sont utilisés pour disperser et briser des particules ou pour dissoudre des poudres dans des liquides. En tant que leader du marché, Hielscher conçoit, fabrique et distribue des désintégrateurs et des homogénéisateurs à ultrasons, du laboratoire et de la paillasse jusqu'à l'échelle industrielle.

Nous vous aidons à répondre aux questions suivantes afin de trouver le désintégrateur à ultrasons le mieux adapté à votre application et à vos besoins :

• Quelle est votre application cible ?
• Quel est le volume type qui doit être traité ?
• Quels sont les facteurs critiques du processus ?
• Quelles sont les normes de qualité à atteindre ?

Notre personnel bien formé et expérimenté vous assistera pour toutes les questions et la conception de votre processus. Hielscher Ultrasons offre un conseil approfondi sur les procédés ultrasoniques pour aider nos clients à trouver l'appareil ultrasonique optimal. Mais le service de Hielscher ne s'arrête pas là, nous formons les clients soit dans leurs installations, soit dans notre laboratoire et centre technique de procédés ultrasonores pour les aider pendant le développement, l'optimisation et la mise à l'échelle des procédés.
Hielscher Ultrasonics’ Les processeurs industriels à ultrasons délivrent facilement des amplitudes très élevées, nécessaires pour briser les particules dures et les agglomérats ou pour traiter les boues à forte concentration en solides. Les désintégrateurs industriels de Hielscher peuvent fonctionner en continu avec des amplitudes allant jusqu'à 200 µm en fonctionnement 24 heures sur 24, 7 jours sur 7. Pour des amplitudes encore plus élevées, des sonotrodes ultrasoniques personnalisées sont disponibles. D'autres accessoires tels que des cornes d'amplification, des cellules d'écoulement, des réacteurs de sonication et des installations complètes de recirculation sont facilement disponibles et permettent de configurer votre système ultrasonique en fonction des exigences de votre processus.

Désintégrateurs à ultrasons sophistiqués

Hielscher Ultrasons se concentre sur des désintégrateurs à haute performance, très faciles à utiliser et à la pointe de la technologie. Cela signifie que les normes des désintégrateurs de laboratoire Hielscher s'adaptent de plus en plus à l'intelligence des machines industrielles. L'utilisateur peut contrôler les ultrasonateurs numériques de Hielscher via une télécommande par navigateur. Le logiciel d'enregistrement automatique des données enregistre tous les paramètres ultrasonores importants tels que la puissance nette, la puissance totale, l'amplitude, la température, la pression, l'heure et la date sous forme de fichier CSV sur une carte SD intégrée. En outre, le désintégrateur à ultrasons peut être programmé pour s'éteindre automatiquement après un temps déterminé ou une entrée d'énergie spécifique ou pour programmer des modes de sonication pulsés. Des capteurs de température et de pression enfichables permettent de suivre attentivement les conditions de l'échantillon. Comme le contrôle de la température des matériaux thermosensibles est un facteur crucial pour la qualité des résultats du processus, Hielscher propose différentes solutions pour maintenir la température du processus dans la plage de température ciblée.
Les fonctions sophistiquées des ultrasonateurs Hielscher assurent le meilleur contrôle des processus, des résultats de sonication fiables et reproductibles, une convivialité et un confort de travail.
Hielscher Ultrasonics’ Les processeurs ultrasoniques industriels peuvent fournir des amplitudes très élevées. Des amplitudes allant jusqu'à 200 µm peuvent facilement être exploitées en continu, 24 heures sur 24, 7 jours sur 7. Pour des amplitudes encore plus élevées, des sonotrodes ultrasoniques personnalisées sont disponibles. La capacité de fonctionner à des amplitudes aussi élevées permet à nos clients de broyer efficacement des particules primaires de la taille d'un nanomètre. La robustesse des équipements à ultrasons de Hielscher permet un fonctionnement 24 heures sur 24, 7 jours sur 7, dans des conditions difficiles.

qualité – Fabriqué en Allemagne

En tant qu'entreprise familiale, Hielscher est fière de la haute qualité de ses processeurs à ultrasons. Tous les appareils à ultrasons sont conçus, fabriqués et testés dans notre siège social de Teltow, près de Berlin, en Allemagne. La robustesse des équipements à ultrasons de Hielscher permet un fonctionnement 24 heures sur 24, 7 jours sur 7, dans des conditions difficiles.

Vous pouvez acheter des désintégrateurs à ultrasons Hielscher dans toutes les tailles et la gamme de prix offre un ultrasonateur abordable correspondant à votre budget. De la désintégration de particules dans de petits flacons de laboratoire à la désintégration en flux continu de boues dans la production industrielle, Hielscher Ultrasons a un désintégrateur adapté pour vous ! Veuillez nous contacter – nous sommes heureux de vous recommander l'ultrasonateur le plus approprié !
Le tableau ci-dessous vous donne une indication de la capacité de traitement approximative de nos ultrasonicators: