Mélangeurs en ligne à ultrasons à fort cisaillement
Les ultrasonicateurs à fort cisaillement destinés aux procédés de mélange en ligne offrent divers avantages par rapport aux homogénéisateurs colloïdaux conventionnels. L’utilisation d’ultrasons de forte puissance pour le mélange permet aux mélangeurs à ultrasons à fort cisaillement de Hielscher de produire des suspensions colloïdales et des émulsions uniformément dispersées dans la gamme nanométrique. Les homogénéisateurs à ultrasons en ligne peuvent traiter n’importe quel volume et n’importe quelle viscosité, et peuvent même traiter des particules très abrasives.
Mélange en ligne à fort cisaillement par ultrasons de puissance
L’homogénéisation en ligne de suspensions solide-liquide ou liquide-liquide est une application indispensable dans la production de nombreux matériaux et biens. Les mélangeurs en ligne à ultrasons à fort cisaillement sont utilisés dans de nombreuses industries, notamment dans la fabrication de peintures, pigments et encres, de polymères et composites, de carburants, d’aliments et boissons, de compléments nutritionnels, de produits pharmaceutiques, de cosmétiques et de produits d’hygiène personnelle, entre autres. Les homogénéisateurs en ligne à ultrasons à fort cisaillement sont utilisés pour le mélange, la dispersion, la désagglomération, l’émulsification, le mouillage, la dissolution et le micro-broyage de particules. L’un des points forts particuliers des mélangeurs en ligne à ultrasons à fort cisaillement est leur capacité à traiter de manière fiable les nanomatériaux (par ex. nano-dispersions, nano-émulsions).
Les mélangeurs en ligne à ultrasons à fort cisaillement traitent des volumes importants, des concentrations élevées en solides et des particules abrasives.
Comment fonctionne le mélange à ultrasons à fort cisaillement ?
Le mélange et l’homogénéisation à ultrasons à fort cisaillement reposent sur le principe de fonctionnement de la cavitation acoustique. Lorsque des liquides sont soumis à une sonication à haute intensité, les ondes ultrasonores se propagent à travers le milieu liquide et provoquent une alternance de cycles de haute pression (compression) et de basse pression (raréfaction). Les ultrasonicateurs de forte puissance fonctionnent à une fréquence d’environ 20kHz. Cela correspond à 20 000 vibrations par seconde. Pendant le cycle de basse pression, les ondes ultrasonores de haute intensité créent de petites bulles de vide dans le liquide. Lorsque la bulle de cavitation atteint une taille à laquelle elle ne peut plus absorber d’énergie supplémentaire, elle implose violemment pendant un cycle de haute pression. Ce phénomène d’implosion des bulles est connu sous le terme technique de « cavitation ». Lors de l’implosion, des températures très élevées (env. 5 000K) et des pressions très élevées (env. 2 000atm) sont atteintes localement. L’implosion de la bulle de cavitation génère également des jets de liquide atteignant une vitesse de 280m/s. (cf. Suslick 1998)
Ces forces extrêmement intenses et destructrices fournissent suffisamment d’énergie pour broyer, désagglomérer et disperser des particules dans des fluides, et font des mélangeurs à ultrasons à fort cisaillement la technologie de traitement par excellence. C’est pourquoi ils sont utilisés comme technique de fabrication et de traitement, en particulier dans les secteurs où les nanotechnologies et les nanomatériaux jouent un rôle déterminant pour la performance et la qualité des produits.
Efficacité de procédé et efficacité énergétique supérieures avec les mélangeurs à ultrasons
Les processeurs à ultrasons Hielscher présentent une efficacité énergétique exceptionnelle de >85%. Cela réduit les coûts d’électricité d’exploitation et se traduit par une performance de traitement plus élevée. Kusters et al. (1994) concluent dans leur étude que la fragmentation par ultrasons est aussi efficace que le broyage conventionnel.
En appliquant une pression et en optimisant le procédé ultrasonore, la technologie de mélange par ultrasons surpasse souvent de loin les méthodes de mélange conventionnelles telles que les mélangeurs à pales rotatives, les homogénéisateurs haute pression ou les broyeurs à boulets.
Dans une autre étude, Pohl et al. (2004) ont comparé l’efficacité de traitement de la dispersion de silice par ultrasons à celle d’autres méthodes de mélange à fort cisaillement, par exemple avec un IKA Ultra-Turrax (système rotor-stator). Pohl et al. ont comparé la réduction de la taille des particules d’Aerosil 90 (2%wt) dans l’eau à l’aide d’un Ultra-Turrax (système rotor-stator) à différents réglages avec celle obtenue avec un mélangeur à ultrasons à fort cisaillement Hielscher UIP1000hd équipé d’une cellule à circulation en mode continu. L’étude de Pohl et al. conclut qu’« à énergie spécifique EV constante, les ultrasons sont plus efficaces que le système rotor-stator » et que « la fréquence ultrasonore appliquée dans la plage de 20 kHz à 30 kHz n’a pas d’effet majeur sur le processus de dispersion ».
- haute efficacité
- pour particules microniques et nanométriques
- en ligne en continu
- pour tout volume
- peuvent traiter des viscosités très élevées
- peuvent traiter des particules abrasives
- sans pièces mobiles (pas de rotors, ni de pales)
- sans média de broyage (pas de billes)
- NEP (nettoyage en place)
Réduction de la taille des particules d’hydroxyapatite de calcium par ultrasons (concentration en solides de 30%, 150Ws/g US)
UIP4000hdT, un puissant mélangeur industriel à fort cisaillement de 4000watts pour le traitement en ligne, par ex. le broyage humide, la dispersion, l’émulsification et la dissolution de suspensions colloïdales.
Où acheter votre mélangeur en ligne à ultrasons à fort cisaillement ?
Hielscher Ultrasonics est votre partenaire de confiance pour les procédés de sonication haute performance, tels que le broyage, la dispersion, l’émulsification et la dissolution par ultrasons. Les mélangeurs en ligne à ultrasons à fort cisaillement de Hielscher peuvent fournir des amplitudes très élevées. Des amplitudes allant jusqu’à 200µm peuvent facilement être maintenues en continu en fonctionnement 24/7/365. Pour des amplitudes encore plus élevées, des sonotrodes à ultrasons personnalisées sont disponibles. Une large gamme de réacteurs à ultrasons en ligne et d’autres accessoires permet de réaliser la configuration idéale pour votre application ultrasonore (par ex. émulsification en ligne, réduction de la taille des particules et homogénéisation).
Un logiciel intelligent, un menu numérique via écran tactile, l’enregistrement automatique des données et la commande à distance par navigateur sont des caractéristiques des homogénéisateurs à ultrasons à fort cisaillement de Hielscher qui rendent leur utilisation particulièrement conviviale et simple. La technologie de nettoyage en place (NEP) rend l’utilisation du mélangeur à ultrasons à fort cisaillement pratique. Robustesse, fiabilité, installation et utilisation simples ainsi qu’un faible besoin de maintenance sont des caractéristiques supplémentaires qui facilitent le travail quotidien avec les ultrasonicateurs Hielscher.
Contactez-nous dès maintenant pour en savoir plus sur la manière dont un mélangeur en ligne à ultrasons à fort cisaillement peut améliorer le traitement de vos systèmes solide-liquide et liquide-liquide ! Notre équipe bien formée et forte d’une longue expérience se fera un plaisir de vous fournir plus d’informations sur les applications et les prix.
Le tableau ci-dessous vous donne une indication de la capacité de traitement approximative de nos ultrasonicateurs :
| Volume du lot | Débit | Appareils recommandés |
|---|---|---|
| 1 à 500mL | 10 à 200mL/min | UP100H |
| 10 à 2000mL | 20 à 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 à 20L | 0,2 à 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 à 100L | 2 à 10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 à 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | plus grand | cluster de UIP16000 |
Contactez-nous ! / Posez-nous vos questions !
Hielscher Ultrasonics fabrique des homogénéisateurs à ultrasons haute performance pour les applications de mélange, la dispersion, l’émulsification et l’extraction à l’échelle du laboratoire, pilote et industrielle.
Bibliographie / Références
- Brad W. Zeiger; Kenneth S. Suslick (2011): Sonofragmentation of Molecular Crystals. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 37, 14530–14533.
- Suslick, K. S. (1998): Sonochemistry. in: Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology, 4th Ed. J. Wiley & Sons, New York, vol. 26, 1998. 517-541.
- Kusters, K. A.; Pratsinis, S. E.; Thomas, S. G. and Smith, D. M. (1994): Energy-size reduction laws for ultrasonic fragmentation. Powder Technology 80, 1994. 253-263.
- Ahmed Taha, Eman Ahmed, Amr Ismaiel, Muthupandian Ashokkumar, Xiaoyun Xu, Siyi Pan, Hao Hu (2020): Ultrasonic emulsification: An overview on the preparation of different emulsifiers-stabilized emulsions. Trends in Food Science & Technology Vol. 105, 2020. 363-377.
- Pohl, M. and Schubert, H. (2004): Dispersion and deagglomeration of nanoparticles in aqueous solutions. PARTEC 2004.
Des ultrasons haute performance ! La gamme de produits de Hielscher couvre tout le spectre, de l’ultrasonicateur de laboratoire compact aux systèmes ultrasonores entièrement industriels, en passant par les appareils de paillasse.