ערבול בגזירה גבוהה באמצעות אולטרסאונד
מערבלי גזירה גבוהה מפעילים כוחות גזירה גבוהים בנוזלים ובתרחיפים כדי להשיג פיזור, ערבוב ותחלוב אחידים של שתי פאזות או יותר מסוג נוזל–מוצק או נוזל–נוזל. סוניקציה מייצרת כוחות גזירה גבוהים באמצעות קוויטציה אקוסטית, המתרחשת כאשר אולטרסאונד בהספק גבוה מצומד לנוזלים. מערבלי גזירה גבוהה אולטרסוניים הם טכנולוגיית ערבול מעולה, העולה בקלות על מערבלי להבים בגזירה גבוהה, מערבלים מרובי צירים, הומוגנייזרים בלחץ גבוה, טחנות קולואידיות ובוחשי להבים הנמצאים בשימוש נפוץ.
היתרונות של מערבלי גזירה גבוהה אולטרסוניים
מערבלי גזירה גבוהה אולטרסוניים זמינים החל מהומוגנייזרים מעבדתיים בהספק 50W ועד למערכות ערבול תעשייתיות בהספק 16,000W. המגוון הרחב של מערבלי גזירה גבוהה אולטרסוניים לשימוש מעבדתי, שולחני ותעשייתי מאפשר לבחור את מערבל הגזירה הגבוהה האולטרסוני האידיאלי ליישום ולנפח הייצור שלכם.
משרעות גבוהות בגשוש האולטרסוני יוצרות קוויטציה עזה עם זרמי נוזל במהירויות גבוהות ומערבולות מורכבות. כוחות הגזירה ההידראוליים והמכניים העזים הנוצרים באמצעות אולטרסאונד מקטינים חלקיקים וטיפות לגדלים מיקרוניים וננומטריים. מכיוון שניתן לשלוט בפרמטרים של תהליך הסוניקציה ולכוונן אותם במדויק, ניתן להתאים במדויק את השפעת הערבול, הטחינה או הפיזור לחומר ולמטרת התהליך. מערבלי גזירה גבוהה אולטרסוניים מקצרים את זמן הערבול / הטחינה ומפיקים באופן אמין דיספרסיות דקות ודקות במיוחד.
ניתן להשתמש במערבל אולטרסוני בתהליכים מנתיים ובתהליכי זרימה בקו. מגוון תאי הזרימה והריאקטורים האולטרסוניים מאפשר לערבב זרמים בספיקות זרימה ובצמיגויות שונות מאוד. מערבל גזירה גבוהה אולטרסוני יכול להתמודד עם ריכוזי מוצקים גבוהים מאוד, ואפילו חלקיקים שוחקים מאוד אינם מהווים בעיה.
כיצד פועל ערבול בגזירה גבוהה באמצעות סוניקציה?
מערבלי גזירה גבוהה אולטרסוניים משתמשים באותו עיקרון מכני כמו מערכות ערבול תעשייתיות כגון מערבלי להבים בגזירה גבוהה, מערבלים מרובי צירים, טחנות קולואידיות, הומוגנייזרים בלחץ גבוה ומערכות של בוחשי להבים. מערכות ערבול אולטרסוניות משמשות לפיזור ולטחינה של חלקיקים, לתחלוב פאזות שמן ומים, להמסת חומר מוצק ולהפקת תערובות הומוגניות של חומרים מכל סוג בנוזלים ובתרחיפים. מערבלי גזירה אולטרסוניים משלבים גשוש אולטרסוני בתוך כלי ערבול, כגון מכל לעיבוד מנתי או תא זרימה. הגשוש של המפרק האולטרסוני רוטט בנוזל בתדר גבוה מאוד ויוצר בו קוויטציה אולטרסונית עזה. קריסת בועות הקוויטציה יוצרת כוחות גזירה חזקים, המפרקים ושוברים טיפות, אגלומרטים, אגרגטים ואפילו חלקיקים ראשוניים. מכיוון שקוויטציה אולטרסונית יוצרת זרימת קוויטציה במהירות גבוהה של עד 1000km/h, סילוני הנוזל הנוצרים בקוויטציה מאיצים חלקיקים. כאשר החלקיקים המואצים מתנגשים זה בזה, הם פועלים כאמצעי טחינה. בעקבות זאת, החלקיקים המתנגשים מתנפצים וגודלם מצטמצם לגדלים מיקרוניים או ננומטריים. בשדה הקוויטציה האולטרסונית, הלחצים מתחלפים במהירות ושוב ושוב בין ואקום לבין לחצים של עד 1000bar. מערבל סיבובי בעל 4 להבי ערבול היה צריך לפעול במהירות מדהימה של 300,000 RPM כדי להשיג את אותה תדירות של מחזורי לחץ מתחלפים. מערבלים סיבוביים רגילים ומערבלי רוטור–סטטור אינם יוצרים קוויטציה בהיקף משמעותי בשל מגבלת המהירות שלהם.
מערבל גזירה גבוהה אולטרסוני UIP2000hdT, יחידת ערבול רבת עוצמה בהספק 2kW
טיפ לעיבוד: ערבול אולטרסוני תחת לחץ
הפעלת לחץ על הריאקטור האולטרסוני או על תא הזרימה מגבירה את הקוויטציה האקוסטית. Hielscher Ultrasonics מספקת סוגים שונים של תאי זרימה וריאקטורים, שניתן להעלות בהם את הלחץ בקלות עד 5 barg. ריאקטורים אולטרסוניים המותאמים לדרישות הלקוח יכולים לעמוד בלחצים גבוהים יותר של עד 300barg.
מערבלי גזירה גבוהה אולטרסוניים ויישומיהם
מערבלי גזירה גבוהה אולטרסוניים יוצרים כוחות גזירה עזים, המשפיעים במידה הנדרשת על חלקיקים כגון מוצקים, טיפות, גבישים וסיבים כדי לפרק אותם ולהקטינם לגודל היעד, שיכול להיות בטווח המיקרוני או הננומטרי. בהתאם לקשיות החומר ולפריכותו, ניתן לכוונן במדויק את פרמטרי התהליך האולטרסוני כדי להשיג את תוצאת הערבול הרצויה. בהשוואה לשיטות ערבול חלופיות כגון בוחשי להבים בגזירה גבוהה, הומוגנייזרים בלחץ גבוה, טחנות קולואידים / חרוזים, מערבלי ציר וכדומה, מפרקים אולטרסוניים מציעים כמה יתרונות משמעותיים.
היתרונות של מערבלי גזירה גבוהה אולטרסוניים
- קוויטציה וגזירה בעוצמה גבוהה
- עיבוד אחיד של חלקיקים
- ריכוזי מוצקים גבוהים
- ללא פיות / ללא סתימות
- אין צורך במדיית טחינה (כלומר, חרוזים)
- אפשרות להגדלת קנה המידה באופן ליניארי
- הפעלה קלה ובטוחה
- קלים לניקוי
- חסכוניים בזמן ובאנרגיה
מערבלי גזירה גבוהה אולטרסוניים להקטנת גודל חלקיקים
מפרקים אולטרסוניים משמשים להקטנת גודל חלקיקים ולפיזור חלקיקים, בין שמדובר בריסוק ממשי של חלקיקים ראשוניים (המכונה טחינה) ובין שמדובר בפירוק צברים (המכונה פירוק צברים / פיזור).
קראו עוד על טחינה ופיזור אולטרסוניים של חלקיקים!
מערבלי גזירה גבוהה אולטרסוניים לתחלוב
כאשר שני נוזלים שאינם מתערבבים זה בזה (למשל, מים ושמן) עוברים סוניקציה באמצעות מערבל אולטרסוני עם גשוש, הקוויטציה האולטרסונית מפרקת את הטיפות – וכך נוצרות טיפות קטנות מאוד של שתי הפאזות שאינן מתערבבות זו בזו, ולאחר מכן הן מעורבבות יחד. מכיוון שמערבלי גזירה גבוהה אולטרסוניים מייצרים בקלות טיפות בגודל ננומטרי, תחליבים אולטרסוניים מיוצבים מציגים יציבות לאורך זמן ומראה צלול ושקוף.
מכיוון שלכל סוג של תחליב יש סף תחלוב / גזירה ייחודי, שבו מתקבלים גודל הטיפות ומאפייניהן המיטביים, לכוונון המדויק של פרמטרי הערבול יש חשיבות מכרעת. בעוד שגזירה חלשה מדי גורמת להיווצרות טיפות גדולות מדי, המתלכדות במהירות ומובילות להפרדת פאזות, גזירה חזקה מדי עלולה להרוס את המוצר. ניתן לשלוט במערבלי גזירה גבוהה אולטרסוניים ולכוונן אותם במדויק לצורכי התהליך.
לחצו כאן לקריאה נוספת על תחלוב אולטרסוני ליצירת ננו־תחליבים!
מערבל גזירה גבוהה אולטרסוני UP200Ht לתחלוב
מערבלי גזירה גבוהה אולטרסוניים לערבוב ולהמסה
מערבלי גזירה גבוהה אולטרסוניים משמשים לערבוב, לטחינה, לפיזור ולהמסה של חלקיקים כגון אבקות, פיגמנטים וסיבים בתהליך מהיר, אמין וקל. קוויטציה הנוצרת באמצעות אולטרסאונד מגבירה את מעבר המסה בין המוצקים לנוזל. לקוויטציה אולטרסונית יש השפעה חזקה על חלקיקים מוצקים: זרמי הנוזל הנוצרים עקב הקוויטציה שוחקים את פני השטח של המוצקים ומעבירים את השברים שנשחקו אל הנוזל, וכך יוצרים תרחיף הומוגני.
לחצו כאן לקריאה נוספת על המסה אולטרסונית!
יישומים של מערבלי גזירה גבוהה אולטרסוניים
- טחינה וריסוק
- פירוק צברים ופיזור
- תחלוב
- המסה של אבקות
- שיפור מעבר המסה
- תגובות סונוכימיות
מערכת SonoStation – מערכת אולטרסונית עם מכשירי אולטרסאונד בהספק 2x 2kW, מכל עם בוחש ומשאבה – היא מערכת ידידותית למשתמש ליישומי ערבוב, טחינה ופיזור.
מערבלי גזירה גבוהה בכל גודל
Hielscher Ultrasonics מתכננת, מייצרת ומשווקת מערבלי גזירה גבוהה בעלי ביצועים גבוהים, החל במכשיר המעבדתי הקומפקטי אך רב־העוצמה ועד למערבלי גזירה גבוהה בקנה מידה של פיילוט ותעשייה לעיבוד זרמים בנפחים גדולים ברמת ייצור מסחרית.
מערבלי גזירה גבוהה למעבדה
מערבלים אולטרסוניים עם גשוש הם כלים מבוססים בכל מעבדה. מכיוון שניתן להגדיל את קנה המידה של תהליכים אולטרסוניים באופן ליניארי לנפחים גדולים, מערבלי הגזירה הגבוהה האולטרסוניים של Hielscher אידיאליים לפיתוח ולמיטוב התהליך שלכם בקנה מידה קטן. לאחר קביעת פרמטרי התהליך המיטביים, ניתן להגדיל באופן ליניארי את קנה המידה של יישום הערבול שלכם לפיילוט ולייצור בכמויות גדולות.
Hielscher מציעה מערבלי גזירה גבוהה אולטרסוניים לעבודה בקנה מידה מעבדתי, עם הספק ערבול אולטרסוני בטווח של 50 עד 400 ואט.
מערבלים בגזירה גבוהה לתעשייה
המערבלים התעשייתיים בגזירה גבוהה של Hielscher הם מעבדים אולטרסוניים רבי עוצמה המיועדים לטחינה, לפיזור, לתחלוב ולערבוב של זרמי תרחיף גדולים בתנאי עבודה תובעניים. מערבלים תעשייתיים אלה מטפלים בקלות בריכוזי מוצקים גבוהים ובחלקיקים שוחקים. הגשושיות (הסונוטרודות) של המערבלים האולטרסוניים התעשייתיים בגזירה גבוהה מצוידות באוגן, כך שניתן לשלב את המערבל במכלי פלדה, בכלי זכוכית או במכלי פלסטיק בכל כיוון. הדבר מאפשר להפעיל לחץ בכלי הסוניקציה. הפעלת לחץ בכלי האולטרסוני או בתא הזרימה מגבירה את הקוויטציה האקוסטית ובכך גם את תהליך הערבוב האולטרסוני. Hielscher Ultrasonics מציעה מערבלים תעשייתיים בגזירה גבוהה בהספקים של 500 עד 16,000 ואט. עם UIP16000, מציעה Hielscher את המערבל האולטרסוני בגזירה גבוהה החזק ביותר בעולם.
חומרים בעלי צמיגות גבוהה? – אין בעיה! כל המעבדים האולטרסוניים של Hielscher בקטגוריות המכשירים השולחניים והתעשייתיים יכולים לעבד בקלות תרחיפים צמיגים בעלי צמיגות של עד 250,000 סנטיפואז. עבור צמיגויות הגבוהות מ־2,000 cPs אנו ממליצים להשתמש בתאי זרימה בשילוב משאבות חלל מתקדם, לשיפור הצימוד של גלי האולטרסאונד אל תוך הזורם.
כיצד למצוא את המערבל האולטרסוני בגזירה גבוהה המתאים?
Hielscher Ultrasonics היא יצרנית בעלת ניסיון רב שנים של מערכות ערבוב אולטרסוניות חזקות ואמינות בגזירה גבוהה, המשמשות לפיזור ולשבירה של חלקיקים, להכנת ננו־אמולסיות או להמסת אבקות בנוזלים. כמובילת השוק בתחום המערבלים האולטרסוניים, Hielscher מתכננת, מייצרת ומשווקת מערבלים בגזירה גבוהה והומוגנייזרים אולטרסוניים, ממכשירים למעבדה ומכשירים שולחניים ועד למערכות בקנה מידה של פיילוט ושל ייצור תעשייתי מלא.
מענה על השאלות הבאות יעזור למצוא את המערבל בגזירה גבוהה המתאים ביותר לתהליך שלכם:
- מהו היישום שאליו אתם מכוונים?
- מהו הנפח הטיפוסי שיש לעבד?
- מהם הגורמים הקריטיים בתהליך?
- מהם תקני האיכות שיש לעמוד בהם?
הצוות המיומן והמנוסה שלנו יסייע לכם בכל שאלה ובגיבוש תהליך הערבוב שלכם. Hielscher Ultrasonics מציעה ייעוץ מעמיק בנושא עיבוד אולטרסוני כדי לעזור ללקוחותינו למצוא את המערבל האולטרסוני בגזירה גבוהה האידיאלי ביותר. אך השירות של Hielscher אינו מסתיים כאן: אנו מדריכים לקוחות במתקנים שלהם או במעבדת התהליכים האולטרסוניים ובמרכז הטכני שלנו, כדי לסייע להם במהלך פיתוח התהליך, מיטובו והגדלת קנה המידה שלו.
המעבדים האולטרסוניים התעשייתיים של Hielscher Ultrasonics מספקים בקלות משרעות גבוהות מאוד, הנדרשות לשבירת חלקיקים קשים ואגלומרטים או לעיבוד תרחיפים בעלי ריכוז מוצקים גבוה. המערבלים התעשייתיים של Hielscher פועלים בקלות במשרעות של עד 200µm ברציפות, בפעולה 24/7. אם תהליכים מסוימים דורשים משרעות גבוהות אף יותר, זמינות גשושיות אולטרסוניות מותאמות אישית. אביזרים כגון מגברי משרעת, תאי זרימה, כורי סוניקציה ומערכות סחרור חוזר מלאות זמינים ומאפשרים להגדיר את מערכת הערבוב האולטרסונית שלכם בהתאמה מיטבית לדרישות התהליך שלכם. כל הסונוטרודות והכורים, שהם החלקים היחידים הבאים במגע עם התווך, מתאימים ל־CIP/SIP (ניקוי ועיקור במקום).
מערבלים אולטרסוניים מתוחכמים בגזירה גבוהה
Hielscher Ultrasonics מתמקדת במכשירים לפירוק תאים בעלי ביצועים גבוהים, עם נוחות שימוש ברמה הגבוהה ביותר וחידושים טכניים מתקדמים ביותר. משמעות הדבר היא שהסטנדרטים של מכשירי הפירוק המעבדתיים של Hielscher מתקרבים יותר ויותר לרמת התחכום של מכונות תעשייתיות. המשתמש יכול לשלוט במכשירי האולטרסאונד הדיגיטליים של Hielscher באמצעות שליטה מרחוק דרך דפדפן. התוכנה האוטומטית לרישום נתונים כותבת את כל הפרמטרים האולטרסוניים החשובים, כגון הספק נטו, הספק כולל, אמפליטודה, טמפרטורה, לחץ, שעה ותאריך, בקובץ CSV בכרטיס SD מובנה. נוסף על כך, ניתן לתכנת את מכשיר הפירוק האולטרסוני לכיבוי אוטומטי לאחר זמן מוגדר או לאחר הזנת כמות אנרגיה מסוימת, או לתכנת מצבי סוניקציה בפולסים. חיישני טמפרטורה ולחץ הניתנים לחיבור מאפשרים מעקב קפדני אחר תנאי הדגימה. מאחר שבקרת הטמפרטורה של חומרים רגישים לחום היא גורם מכריע באיכות תוצאות התהליך, Hielscher מציעה מגוון פתרונות לשמירה על טמפרטורת התהליך בטווח הטמפרטורות הרצוי.
הפונקציות המתוחכמות של מכשירי האולטרסאונד של Hielscher מבטיחות את הרמה הגבוהה ביותר של בקרת תהליך, תוצאות סוניקציה אמינות וניתנות לשחזור, ידידותיות למשתמש ונוחות עבודה.
איכות – תוצרת גרמניה
כעסק בבעלות משפחתית ובניהול משפחתי, Hielscher מעניקה עדיפות לסטנדרטים הגבוהים ביותר של איכות במעבדים האולטרסוניים שלה. כל מכשירי האולטרסאונד מתוכננים, מיוצרים ונבדקים ביסודיות במטה שלנו בטלטו שליד ברלין, גרמניה. העמידות והאמינות של הציוד האולטרסוני של Hielscher הופכות אותו לסוס עבודה במערך הייצור שלכם. פעולה 24/7 בעומס מלא ובסביבות תובעניות היא מאפיין טבעי של המערבלים עתירי הביצועים של Hielscher.
ניתן לרכוש מערבלי גזירה גבוהה אולטרסוניים של Hielscher במגוון גדלים ובתצורה המותאמת לתהליך שלכם. החל מטיפול בנוזלים בכוס מעבדה קטנה ועד לערבול רציף של תרחיפים בזרימה בקנה מידה תעשייתי, Hielscher Ultrasonics מציעה לכם מערבל גזירה גבוהה מתאים! צרו איתנו קשר – נשמח להמליץ לכם על מערך הערבול האולטרסוני האידיאלי!
הטבלה שלהלן מציגה את קיבולת העיבוד המשוערת של מכשירי האולטרסאונד שלנו:
| נפח אצווה | ספיקת זרימה | מכשירים מומלצים |
|---|---|---|
| 1 עד 500mL | 10 עד 200mL/min | UP100H |
| 10 עד 2000mL | 20 עד 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 עד 20L | 0.2 עד 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 עד 100L | 2 עד 10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 עד 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | גבוהה יותר | אשכול של UIP16000 |
צרו איתנו קשר! / שאלו אותנו!
עובדות שכדאי לדעת
מכשירי אולטרסאונד והשימוש בהם כמערבלי גזירה גבוהה
מכשירי אולטרסאונד מסוג גשוש מוגדרים בכך שהם מעבירים את התנודות האולטרסוניות דרך גשוש אולטרסוני אל התווך המעובד. הגשוש, המכונה גם סונוטרודה, הוא מוט טיטניום הרוטט בתדר אולטרסוני, למשל 20kHz. רטט בתדר 20 kHz פירושו שהמשטח האופקי של הגשוש מתרחב ומתכווץ 20,000 פעמים בשנייה. תנועות מהירות אלה בקצה הגשוש, בתחום התדרים האולטרסוני, מועברות אל הנוזל. בנוזל, גלי האולטרסאונד מתפשטים דרך התווך ויוצרים מחזורים מתחלפים של לחץ גבוה / לחץ נמוך. במהלך מחזור הלחץ הנמוך נוצרות בועות ריק זעירות, והן גדלות לאורך כמה מחזורי לחץ עד שהן מגיעות לנקודה שבה אינן יכולות לספוג עוד אנרגיה. בנקודת הגודל המרבי, בועת הקוויטציה מתפוצצת בעוצמה. הקריסה פנימה יוצרת שדה בעל צפיפות אנרגיה גבוהה, עם טמפרטורות ולחצים גבוהים מאוד, הפרשי טמפרטורה ולחץ בהתאמה, זרמי נוזל במהירויות של עד 180m/sec ומערבולות. לאנרגיית קוויטציה זו יש השפעה חזקה על נוזלים ותרחיפים, המביאה לתוצאות יוצאות דופן בערבול, במיזוג, בטחינה, בפיזור ובתחלוב. מערבלי גזירה גבוהה אולטרסוניים מייצרים בקלות חלקיקים וטיפות בגודל ננומטרי עם התפלגות צרה מאוד של גודל החלקיקים / הטיפות.
קראו כאן על ההבדלים בין עיבוד בקוויטציה אולטרסונית / אקוסטית לבין עיבוד בקוויטציה הידרודינמית!
ענפי תעשייה נפוצים שבהם משתמשים במערבלים אולטרסוניים בגזירה גבוהה
- פיזור, המסה וערבוב של פורמולציות מוצק/נוזל
- תחלוב
- מדע החומרים
- הכנת דגימות לפני אנליזה
- יישומים של ננו-חלקיקים
- פונקציונליזציה של חלקיקים
- תגובות העברת פאזה
ספרות / מקורות
- 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.