Mélange à haut cisaillement par ultrasons
Les mélangeurs à haut cisaillement appliquent des forces de cisaillement élevées dans les liquides et les boues afin de disperser, de mélanger et d'émulsifier uniformément deux ou plusieurs phases liquide-solide ou liquide-liquide. L'ultrasonication génère des forces de cisaillement élevées par le biais de la cavitation acoustique, qui se produit lorsque des ultrasons de forte puissance sont couplés à des liquides. Les mélangeurs ultrasoniques à haut cisaillement constituent une technologie de mélange supérieure, qui surpasse aisément les mélangeurs à lames à haut cisaillement couramment utilisés, les mélangeurs à plusieurs arbres, les homogénéisateurs à haute pression, les broyeurs colloïdaux et les agitateurs à lames.
Les avantages des mélangeurs ultrasoniques à haut cisaillement
Les mélangeurs ultrasoniques à haut cisaillement sont disponibles depuis les homogénéisateurs de laboratoire de 50 W jusqu'aux systèmes de mélange industriels de 16 000 W. La large gamme de mélangeurs ultrasoniques à haut cisaillement de laboratoire, de table et industriels permet de choisir le mélangeur ultrasonique à haut cisaillement idéal pour votre application et votre volume de production.
Des amplitudes élevées au niveau de la sonde ultrasonique créent une cavitation intense avec des flux de liquides à grande vitesse et des turbulences complexes. Le cisaillement hydraulique et mécanique intense généré par les ultrasons réduit les particules et les gouttelettes à des tailles microniques et nanométriques. Les paramètres du processus de sonication étant précisément contrôlables et réglables, l'impact du mélange, du broyage ou de la dispersion peut être précisément adapté au matériau et à l'objectif du processus. Les mélangeurs ultrasoniques à cisaillement élevé réduisent le temps de mélange et de broyage et produisent de manière fiable des dispersions fines et ultrafines.
Les mélangeurs à ultrasons peuvent être utilisés pour les procédés discontinus et en ligne. La variété des cellules d'écoulement et des réacteurs à ultrasons permet de mélanger des flux à des débits et des viscosités très différents. Les mélangeurs ultrasoniques à haut cisaillement peuvent traiter des concentrations solides très élevées et même les particules très abrasives ne posent aucun problème.
Comment fonctionne le mélange à haut cisaillement par sonication ?
Les mélangeurs ultrasoniques à haut cisaillement utilisent le même principe mécanique que les systèmes de mélange industriels tels que les mélangeurs à lames à haut cisaillement, les mélangeurs à plusieurs arbres, les broyeurs colloïdaux, les homogénéisateurs à haute pression et les systèmes d'agitation à lames. Les systèmes de mélange à ultrasons sont utilisés pour disperser et broyer des particules, pour émulsifier des phases d'huile et d'eau, pour solubiliser des matières solides et pour produire des mélanges homogènes de tout type de matériaux dans des liquides et des boues. Les mélangeurs à cisaillement à ultrasons intègrent une sonde à ultrasons dans une cuve de mélange, par exemple dans une cuve de traitement par lots ou dans une cellule d'écoulement. La sonde du désintégrateur à ultrasons vibre dans le liquide à une fréquence très élevée et crée une cavitation ultrasonique intense dans le liquide. L'effondrement des bulles de cavitation entraîne de puissantes forces de cisaillement qui perturbent et brisent les gouttelettes, les agglomérats, les agrégats et même les particules primaires. Comme la cavitation ultrasonique génère des courants de cavitation à grande vitesse (jusqu'à 1000 km/h), les jets de liquide de cavitation accélèrent les particules. Lorsque les particules accélérées entrent en collision les unes avec les autres, elles agissent comme un support de broyage. Par la suite, les particules qui entrent en collision se brisent et sont réduites à la taille d'un micron ou d'un nanomètre. 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 tours/minute pour atteindre la même fréquence de cycles de pression alternés. Les mélangeurs rotatifs conventionnels et les mélangeurs rotor-stator ne créent pas de cavitation significative en raison de leur vitesse limitée.
mélangeur ultrasonique à cisaillement élevé UIP2000hdTune unité de mélange puissante de 2 kW
Conseil de traitement : Mélange ultrasonique sous pression
L'application d'une pression au réacteur ultrasonique ou à la cellule d'écoulement intensifie la cavitation acoustique. Hielscher Ultrasonics propose différents types de cellules d'écoulement et de réacteurs, qui peuvent facilement être pressurisés jusqu'à 5 bar. Les réacteurs à ultrasons personnalisés peuvent supporter des pressions plus élevées, jusqu'à 300 bar.
Mélangeurs ultrasoniques à haut cisaillement et leurs applications
Les mélangeurs ultrasoniques à cisaillement élevé créent des forces de cisaillement intenses qui ont l'impact nécessaire sur les particules telles que les solides, les gouttelettes, les cristaux et les fibres afin de les perturber et de les réduire à une taille ciblée, qui peut être de l'ordre du micron ou du nanomètre. En fonction de la dureté et de la fragilité des matériaux, les paramètres du procédé ultrasonique peuvent être exactement ajustés pour obtenir le résultat de mélange souhaité. Comparés à d'autres méthodes de mélange telles que les agitateurs à lames à haut cisaillement, les homogénéisateurs à haute pression, les broyeurs colloïdaux/à billes, les mélangeurs à arbre, etc. les désintégrateurs ultrasoniques offrent certains avantages majeurs.
Avantages des mélangeurs ultrasoniques à haut cisaillement
- Cavitation et cisaillement à haute intensité
- Traitement uniforme des particules
- Concentrations élevées de matières solides
- Pas de buses / pas de colmatage
- Aucun support de broyage (c.-à-d. des billes) n'est nécessaire.
- évolutivité linéaire
- Facile & fonctionnement sûr
- Facile à nettoyer
- Le temps... & efficacité énergétique
Mélangeurs ultrasoniques à haut cisaillement 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, qu'il s'agisse d'une véritable fragmentation des particules primaires (appelée broyage) ou de la rupture des agglomérats (appelée désagglomération / dispersion).
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Mélangeurs ultrasoniques à haut cisaillement pour l'émulsification
Lorsque deux liquides non miscibles (par exemple, de l'eau et de l'huile) sont sonifiés à l'aide d'un mélangeur ultrasonique à sonde, la cavitation ultrasonique perturbe les gouttelettes. – produisant de très petites gouttelettes des deux phases non miscibles, qui sont ensuite mélangées. Comme les mélangeurs ultrasoniques à haut cisaillement produisent facilement des gouttelettes de taille nanométrique, les émulsions ultrasoniques stabilisées présentent une stabilité à long terme et un aspect clair et transparent.
Étant donné que tout type d'émulsion possède son propre seuil d'émulsification/de cisaillement, où la taille et les caractéristiques optimales des gouttelettes sont obtenues, l'ajustement précis des paramètres de mélange est crucial. Alors qu'un cisaillement trop faible produit des gouttelettes trop grosses, qui coalescent rapidement et entraînent une séparation des phases, un cisaillement trop élevé peut détruire le produit. Les mélangeurs ultrasoniques à cisaillement élevé peuvent être contrôlés et réglés avec précision en fonction des besoins du processus.
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mélangeur ultrasonique à cisaillement élevé UP200Ht pour l'émulsification
Mélangeurs ultrasoniques à haut cisaillement pour le mélange et la dissolution
Les mélangeurs ultrasoniques à haut cisaillement sont utilisés pour mélanger, broyer, disperser et dissoudre des particules telles que des poudres, des pigments et des fibres dans le cadre d'un processus rapide, fiable et facile. La cavitation générée par les ultrasons augmente le transfert de masse entre les solides et les liquides. La cavitation ultrasonique a un impact important sur les particules solides : Les courants liquides de cavitation érodent la surface des solides et transportent les fragments érodés dans le liquide, produisant ainsi une suspension homogène.
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Applications des mélangeurs ultrasoniques à haut cisaillement
- fraisage & Broyage
- désagglomération & dispersion
- émulsification
- Dissolution de poudres
- Amélioration du transfert de masse
- réactions sonochimiques
Le SonoStation – un système à ultrasons comprenant deux ultrasons de 2 kW, une cuve d'agitation et une pompe – est un système convivial pour les applications de mélange, de broyage et de dispersion.
Mélangeurs à haut cisaillement de toutes tailles
Hielscher Ultrasonics conçoit, fabrique et distribue des mélangeurs à haut cisaillement de haute performance, depuis l'appareil de laboratoire compact mais puissant jusqu'aux mélangeurs à haut cisaillement pilotes et industriels pour le traitement de flux de grand volume au niveau de la production commerciale.
Mélangeurs à haut cisaillement pour le laboratoire
Les mélangeurs ultrasoniques à sonde sont des outils indispensables dans tous les laboratoires. Les procédés ultrasoniques pouvant être mis à l'échelle de façon linéaire jusqu'à un grand volume, les mélangeurs ultrasoniques à haut cisaillement de Hielscher sont idéaux pour développer et optimiser votre procédé à petite échelle. Ensuite, après avoir établi les paramètres optimaux du processus, votre application de mélange peut être augmentée linéairement jusqu'à la production pilote et en vrac.
Hielscher propose des mélangeurs ultrasoniques à haut cisaillement pour les travaux de laboratoire avec une gamme de puissance allant de 50 à 400 watts de puissance de mélange ultrasonique.
Mélangeurs à haut cisaillement pour l'industrie
Les mélangeurs industriels à haut cisaillement Hielscher sont des processeurs à ultrasons de grande puissance conçus pour broyer, disperser, émulsionner et mélanger de grands flux de boues dans des conditions difficiles. Ces mélangeurs industriels traitent facilement les concentrations élevées de solides et les particules abrasives. Les sondes (sonotrodes) des mélangeurs ultrasoniques industriels à cisaillement élevé sont équipées d'une bride permettant d'intégrer le mélangeur dans des cuves en acier, des récipients en verre ou des conteneurs en plastique dans n'importe quelle orientation. Cela permet de pressuriser la cuve de sonication. L'application d'une pression à la cuve à ultrasons ou à la cellule d'écoulement intensifie la cavitation acoustique et donc le processus de mélange ultrasonique. Hielscher Ultrasonics propose des mélangeurs industriels à haut cisaillement de 500 à 16 000 watts. Avec l'UIP16000, Hielscher propose le mélangeur ultrasonique à haut cisaillement le plus puissant au monde.
Matières très visqueuses ? – Pas de problème ! Tous les processeurs à ultrasons Hielscher, qu'ils soient de table ou industriels, peuvent facilement traiter des boues visqueuses allant jusqu'à 250 000 centipoises. Pour les viscosités supérieures à 2 000 cPs, nous recommandons l'utilisation de cellules à circulation en combinaison avec des pompes à cavité progressive pour un meilleur couplage des ondes ultrasonores dans le fluide.
Comment trouver le bon mélangeur ultrasonique à haut cisaillement ?
Hielscher Ultrasonics est un fabricant expérimenté de systèmes de mélange à ultrasons à haut cisaillement, puissants et fiables, qui sont utilisés pour disperser et briser les particules, pour préparer des nanoémulsions ou pour dissoudre des poudres dans des liquides. Leader du marché des mélangeurs ultrasoniques, Hielscher conçoit, fabrique et distribue des mélangeurs et homogénéisateurs ultrasoniques à haut cisaillement, depuis le laboratoire et la paillasse jusqu'à l'échelle pilote et industrielle.
Les réponses aux questions suivantes vous aideront à trouver le mélangeur à haut cisaillement le mieux adapté à votre procédé :
- Quelle est votre application cible ?
- Quel est le volume typique à traiter ?
- Quels sont les facteurs critiques du processus ?
- Quelles sont les normes de qualité à respecter ?
Notre personnel bien formé et expérimenté vous aidera à répondre à toutes vos questions et à concevoir votre processus de mélange. Hielscher Ultrasonics offre une consultation approfondie sur le traitement par ultrasons afin d'aider nos clients à trouver le mélangeur ultrasonique à haut cisaillement le plus idéal. Mais le service de Hielscher ne s'arrête pas là, nous formons nos clients soit dans leurs installations, soit dans notre laboratoire de traitement par ultrasons et notre centre technique afin de les assister dans le développement, l'optimisation et la mise à l'échelle de leurs procédés.
Hielscher Ultrasonics’ Les processeurs ultrasoniques industriels Hielscher fournissent facilement des amplitudes très élevées, qui sont nécessaires pour briser les particules dures et les agglomérats ou pour traiter des boues à forte concentration de solides. Les mélangeurs industriels Hielscher fonctionnent facilement à des amplitudes allant jusqu'à 200 µm en continu, 24 heures sur 24 et 7 jours sur 7. Si des processus spécifiques exigent des amplitudes encore plus élevées, des sondes ultrasoniques personnalisées sont disponibles. Des accessoires tels que des cornets de surpression, des cellules d'écoulement, des réacteurs de sonification et des installations de recirculation complètes sont facilement disponibles et permettent de configurer votre système de mélange par ultrasons de manière optimale en fonction des exigences de votre procédé. Toutes les sonotrodes et tous les réacteurs, qui sont les seules parties en contact avec le milieu, sont CIP/SIP (nettoyage et stérilisation en place).
Mélangeurs ultrasoniques sophistiqués à haut cisaillement
Hielscher Ultrasonics se concentre sur les désintégrateurs de cellules de haute performance, très conviviaux et dotés d'une technologie de pointe. 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 désintégrateurs numériques à ultrasons Hielscher par le biais d'une télécommande à navigateur. Le logiciel d'enregistrement automatique des données enregistre tous les paramètres ultrasoniques 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'arrêter automatiquement après un temps déterminé ou un apport d'énergie spécifique, ou encore pour programmer des modes de sonication pulsés. Des capteurs de température et de pression enfichables permettent de suivre attentivement les conditions de l'échantillon. Le contrôle de la température des matériaux thermosensibles étant un facteur crucial pour la qualité des résultats du processus, Hielscher propose diverses solutions pour maintenir la température du processus dans la plage de température ciblée.
Les fonctions sophistiquées des ultrasons Hielscher garantissent un contrôle optimal des processus, des résultats de sonification fiables et reproductibles, ainsi qu'une grande convivialité et un grand confort de travail.
qualité – Fabriqué en Allemagne
En tant qu'entreprise familiale, Hielscher accorde la priorité aux normes de qualité les plus élevées pour ses processeurs à ultrasons. Tous les appareils à ultrasons sont conçus, fabriqués et testés minutieusement dans notre siège social de Teltow, près de Berlin, en Allemagne. La robustesse et la fiabilité des équipements à ultrasons de Hielscher en font des outils de travail pour votre production. Le fonctionnement 24 heures sur 24, 7 jours sur 7, à pleine charge et dans des environnements exigeants est une caractéristique naturelle des mélangeurs haute performance de Hielscher.
Vous pouvez acheter des mélangeurs ultrasoniques à haut cisaillement Hielscher de toutes tailles et configurés en fonction de votre processus. Qu'il s'agisse de traiter des fluides dans un petit bécher de laboratoire ou de mélanger des boues en continu au niveau industriel, Hielscher Ultrasonics propose un mélangeur à haut cisaillement adapté à vos besoins ! Contactez nous – nous sommes heureux de vous recommander le mélangeur à ultrasons idéal !
Le tableau ci-dessous vous donne une indication de la capacité de traitement approximative de nos ultrasons :
| Volume du lot | Débit | Dispositifs 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.d. | 10 à 100L/min | UIP16000 |
| n.d. | plus grande | groupe de UIP16000 |
Contactez nous ! / Demandez-nous !
Homogénéisateurs ultrasoniques haute puissance de laboratoires à pilote et Industriel échelle.
Qu'il faut savoir
Ultrasons et leur utilisation comme mélangeurs à haut cisaillement
Les ultrasons sont des appareils à ultrasons de type sonde, qui sont définis par la transmission des vibrations ultrasoniques via une sonde ultrasonique dans le milieu de traitement. La sonde, également appelée sonotrode, est une tige en titane qui vibre à une fréquence ultrasonore, par exemple 20 kHz. Vibrer à 20 kHz signifie que la surface horizontale de la sonde se dilate et se contracte 20 000 fois par seconde. Ces mouvements rapides dans la gamme des fréquences ultrasonores à la pointe de la sonde sont couplés au fluide. Dans le fluide, les ondes ultrasonores se déplacent à travers le milieu et génèrent des cycles alternatifs de haute pression et de basse pression. Pendant le cycle de basse pression, de minuscules bulles de vide apparaissent et se développent sur plusieurs cycles de pression jusqu'à ce qu'elles atteignent un point où elles ne peuvent plus absorber d'énergie. Au point de croissance maximale, la bulle de cavitation éclate violemment. L'implosion produit un champ dense en énergie avec des températures et des pressions très élevées, des différentiels de température et de pression, des courants liquides avec des vitesses allant jusqu'à 180 m/s et des turbulences. Cette énergie de cavitation a un fort impact sur les liquides et les boues, ce qui permet d'obtenir des résultats extraordinaires en matière de mélange, de broyage, de dispersion et d'émulsification. Les mélangeurs ultrasoniques à cisaillement élevé produisent facilement des particules et des gouttelettes de taille nanométrique avec une distribution très étroite de la taille des particules et des gouttelettes.
Découvrez ici les différences entre le traitement par cavitation ultrasonique/acoustique et le traitement par cavitation hydrodynamique !
Industries courantes pour les mélangeurs ultrasoniques à haut cisaillement
- Disperser, dissoudre, mélanger des formulations solides/liquides
- émulsification
- science des matériaux
- Préparation de l'échantillon avant l'analyse
- Applications des nanoparticules
- Fonctionnalisation des particules
- Réactions de transfert de phase
Littérature / Références
- 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.