Qu'il faut savoir

Notions de base sur l'homogénéisation ultrasonique

Les homogénéisateurs ultrasoniques sont utilisés pour la dispersion, l'émulsification, le broyage humide, le nano- & micronisation, extraction (à partir de plantes et de tissus cellulaires), synthèse et catalyse de produits chimiques (dite sono-chimie) ainsi que dégazage. L'homogénéisation ultrasonique est souvent utilisée comme terme générique qui englobe toutes ces applications. L'homogénéisation assistée par ultrasons est basée sur le principe de travail de la cavitation acoustique, qui se produit lorsque des ondes ultrasonores intenses sont couplées dans un milieu liquide. Sous les ondes ultrasonores intenses, de minuscules bulles de vide sont générées dans le milieu, qui se forment au cours des cycles haute pression / basse pression des ondes ultrasonores. À un certain point, lorsque les microbulles ont atteint un statut énergétique, auquel elles ne peuvent plus absorber d'énergie, elles s'effondrent violemment. Ce phénomène d'implosion de bulles sous vide est appelé cavitation. L'implosion des bulles de vide génère des ondes de choc, des jets de liquide, des cisaillements élevés, des températures élevées et des différences de pression avec une énergie suffisante pour briser les liaisons covalentes, les molécules flexibles et induire des réactions chimiques.

Pour obtenir les meilleurs résultats dans le processus d'homogénéisation, le processeur ultrasonique et sa configuration peuvent être optimisés en modifiant les variables suivantes :

• Amplitude (déplacement de la sonotrode) et intensité
• pression
• Température
• Cuve de sonication (lot ou cellule d'écoulement : taille, géométrie, débit)

Les processeurs à ultrasons haute performance de Hielscher utilisent des générateurs piézoélectriques faits de cristaux de titanate de zirconate de plomb. Les vibrations sont transmises par une corne en titane accordée en résonance à 19-26 kHz. A partir du klaxon, la vibration ultrasonore est couplée via une sonotrode ultrasonore (pointe, sonde) dans le milieu fluide. Hielscher propose des processeurs à ultrasons d'une puissance de 50 à 16.000 watts par appareil à ultrasons et couvre ainsi les besoins des petits appareils de laboratoire à ultrasons et des appareils de table jusqu'aux installations pilotes et aux appareils à ultrasons entièrement commerciaux pour des débits élevés.

Contrôle sophistiqué du processus pour des résultats de sonication optimaux

Les conditions de sonication sont cruciales pour le rendement, les résultats de processus et la reproductibilité des processus ultrasonores. Outre le contrôle précis de la puissance ultrasonique de sortie, ajustée en amplitude et en intensité, la température, la pression et le temps de sonication sont des facteurs importants. Les processeurs numériques à ultrasons de Hielscher sont équipés d'un thermocouple enfichable. Un capteur de pression enfichable est disponible en option. Les deux capteurs sont connectés au générateur d'ultrasons, qui est équipé d'une carte SD interne. Le logiciel de l'appareil à ultrasons enregistre toutes les données de process (date, heure, amplitude, énergie ultrasonique, énergie nette, température, pression) dans un fichier CSV sur la carte SD. Cela rend votre sonication comparable et reproductible.

Pour des amplitudes élevées, une puissance de sortie plus élevée est nécessaire. En cas d'augmentation de la charge, telle qu'une viscosité élevée du fluide ou une pression élevée, une puissance ultrasonore accrue est nécessaire pour entraîner la sonotrode à l'amplitude souhaitée. Plus la surface avant de la sonotrode (pointe) est grande, plus il faut de puissance pour qu'elle résonne. Avec une sonotrode plus grande, des volumes plus importants peuvent être traités. Les sonotrodes industrielles et les sonotrodes de Hielscher cascatrodes peut fournir des amplitudes très élevées. Des amplitudes allant jusqu'à 200µm peuvent être facilement utilisées en continu 24h/24 et 7j/7. Pour des amplitudes encore plus élevées, des sonotrodes ultrasoniques personnalisées sont disponibles. La robustesse des ultrasons Hielscher permet un fonctionnement 24 heures sur 24, 7 jours sur 7, sous des charges lourdes et dans des conditions difficiles.

Pour la plupart des procédés ultrasoniques, la température du milieu sonique doit être aussi basse que possible pour une basse température favorise la génération d'une cavitation intense. Hielscher propose des cellules d'écoulement à ultrasons et des réacteurs avec chemises de refroidissement, qui permettent de maintenir des températures de process optimales. Les cellules d'écoulement et les réacteurs sont également pressurisables. Sous des pressions élevées, la cavitation est plus intense. C'est pourquoi Hielscher propose des réacteurs qui peuvent facilement pressuriser jusqu'à 300atm.

Hielscher Ultrasons fabrique des sondes ultrasonores de différentes tailles et formes (par ex. cascatrodes), ce qui permet de mettre à l'échelle tous les résultats de processus ultrasonores complètement linéaires. Avec ses homogénéisateurs ultrasoniques de 16 kW et ses différents types de sonotrodes et de réacteurs à cellules à écoulement, Hielscher est votre partenaire expérimenté de longue date pour les procédés ultrasoniques à l'échelle industrielle. Outre la diversité des ultrasons standard, Hielscher conçoit et fabrique également des systèmes sur mesure.