Homogénéisation et Mélange par Ultrasons

L'homogénéisation par ultrasons est un procédé mécanique qui permet de réduire les petites particules dans un liquide afin qu'elles deviennent uniformément petites et uniformément réparties. Hielscher propose des homogénéisateurs ultrasoniques pour une application en laboratoire et à l'échelle de production.

Impact de l'homogénéisation

Lorsque des processeurs ultrasoniques sont utilisés comme homogénéisateurs, l'objectif est de réduire les petites particules dans un liquide pour améliorer l'uniformité et la stabilité. Ces particules (phase dispersée) peuvent être solides ou liquides. Une réduction du diamètre moyen des particules augmente le nombre de particules individuelles. Il en résulte une réduction de la distance moyenne des particules et une augmentation de leur surface spécifique. Le graphique (cliquez pour agrandir l'image) montre la corrélation entre le diamètre des particules individuelles et la surface totale. La surface et la distance moyenne des particules peuvent influencer la rhéologie d'un liquide.

S'il y a une différence de densité entre les particules et le liquide, l'homogénéité du mélange peut influencer la stabilité de la dispersion. Si la taille des particules est similaire pour la majorité des particules, la tendance à s'agglomérer pendant la décantation ou la montée diminue, car les particules similaires ont une vitesse de montée ou de descente similaire.

Homogénéisateur haute pression

Le mécanisme d'homogénéisation le plus courant est l'homogénéisation à haute pression. Là, le liquide est pressé à haute pression (environ 2000 bar) à travers une vanne d'homogénéisation. Lors du passage de la vanne, le liquide est soumis à un court cycle haute pression basse pression (env. 50microsec.).
Bien que ce mécanisme fonctionne bien pour les petites particules molles, comme les globules gras dans le lait, il a ses limites lorsqu'il est utilisé pour la dispersion de matières dures et abrasives, comme les pigments, les milieux de polissage ou les oxydes métalliques, ou de matières fibreuses et filandreuses, comme les purées de fruits, les algues ou la boue. Ceci est dû aux vitesses de liquide élevées (jusqu'à 120mtr/sec) et aux petits orifices des vannes utilisées. Lorsque le matériau abrasif passe à travers les pompes et l'orifice de la vanne, il provoque de l'usure. Cela réduit l'efficacité et la durée de vie de la pompe et de la vanne.

Avantages de l'homogénéisation ultrasonique

L'homogénéisation par ultrasons est très efficace pour la réduction des particules tendres et dures. L'homogénéisation est basée sur la cavitation. Lorsque des liquides sont exposés à des ultrasons intenses, des ondes sonores se propagent dans le liquide, provoquant des cycles alternés de haute et basse pression (environ 20000 cycles/sec.). Pendant le cycle à basse pression, de petites bulles de vide de haute intensité se forment dans le liquide, lorsque la pression de vapeur liquide est atteinte.
Lorsque les bulles atteignent une certaine taille, elles s'effondrent violemment pendant un cycle de haute pression. Au cours de cette implosion, des pressions très élevées et des jets liquides à grande vitesse sont générés localement. Les courants et les turbulences qui en résultent perturbent les agglomérats de particules et provoquent des collisions violentes entre les particules individuelles.

L'un des principaux avantages des homogénéisateurs ultrasoniques est le faible nombre de pièces en contact avec le fluide et en mouvement. Cela réduit l'usure par frottement et le temps de nettoyage. Il n'y a que deux parties mouillées : La sonotrode et la cellule d'écoulement. Les deux ont des géométries simples et pas d'orifices petits ou cachés.

Un autre avantage est le contrôle exact des paramètres opérationnels influençant la cavitation. Les processeurs ultrasoniques Hielscher peuvent être utilisés avec des amplitudes d'oscillation d'environ 1 à 200 microns. La pression du liquide peut varier de 0 à environ 500 psig. L'amplitude et la pression étant les paramètres les plus influents, la large plage de fonctionnement de chaque paramètre permet un traitement très doux à très destructif.

Les appareils à ultrasons Hielscher sont contrôlés en amplitude. Ainsi, l'amplitude ajustée sera maintenue dans toutes les conditions de fonctionnement. Ceci permet de contrôler et de répéter l'ultrasonication. Une sonication avec des paramètres de fonctionnement identiques donnera des résultats cohérents et reproductibles. Ceci est important pour la qualité du matériel produit et pour la mise à l'échelle des résultats de processus du laboratoire au niveau de la production.

Homogénéisation à n'importe quelle échelle

Hielscher produit des appareils à ultrasons pour l'homogénéisation de tout volume d'échantillon de pour par lot ou en ligne la transformation. Appareils de laboratoire à ultrasons peut être utilisé pour des volumes allant de 1,5 ml à environ 2 litres. Appareils industriels à ultrasons sont utilisés pour le développement et la production de lots de 0,5 à environ 2000 L ou de débits de 0,1 L à 20 m³ par heure.

Le tableau ci-dessous indique les recommandations générales de l'appareil en fonction du volume du lot ou du débit à traiter. Cliquez sur le type d'appareil pour obtenir plus d'informations sur chaque appareil.