הומוגניזרים – עיקרון עבודה, שימוש והרחבה
Homogenizers הם סוג של מערבלים, אשר להחיל כוחות מכניים למזג, אמולסיה, לפזר, ולהמיס נוזלי נוזלי ומערכות נוזלי מוצק. בהתאם להטה סיבובית מודל homogenizer, חרירים או אולטרסאונד בעוצמה גבוהה משמשים כדי ליצור את הכוחות הנדרשים כדי להתפורר ולשבור חלקיקים מוצקים, כמו גם טיפות נוזליות. למידע נוסף על התקני הומוגניזר והיישומים שלהם במחקר וייצור!
מהו הומוגניזר?
הומוגניזר הוא סוג של מכשירי ערבוב, אשר נועד לשבור חלקיקים, מוצקים ונוזלים, לתערובת אחידה. Homogenizers זמינים כמו מעבדה, ספסל העליון, ציוד תעשייתי המשמש עבור יישומים שונים במחקר ותעשייה. יישום טיפוסי של homogenizer כוללים ערבוב והתפוררות של חומרים שונים, כולל חלקיקים, פיגמנטים, כימיקלים, צמחים, מזון, תאים, רקמות, בין היתר.
MultiSonoReactor MSR-4 הוא הומוגניזר מוטבע תעשייתי עם ultrasonicators כוח 16,000 וואט עבור יישומים תובעניים כגון ננו-פיזורים ננו-אמולסיות.
סקירה כללית על סוגי הומוגניזר שונים
סוגים שונים homogenizer זמינים מסחרית לשימוש בייצור ספסל העליון ותעשייתי בקנה מידה גדול. עם זאת רוטור / סטטור (קולואיד) מערבלים, homogenizers בלחץ גבוה, הומוגניזרים קוליים הם המודלים הנפוצים ביותר.
מערבלי מדחף או להב יש להב מסתובב, אשר מסתובב במהירות גבוהה בתחתית כלי הערבוב ובכך משלב חומרים שונים לתוך תערובת הומוגנית.
כשם מערבל רוטור/סטטור כבר מרמז, מערבל רוטור / סטטור יש רוטור ורכיב סטטור. הרוטור הוא פיר מתכת המסתובב במהירויות גבוהות בתוך הסטטור. הסטטור הוא חלק המתכת שנשאר נייח. סיבוב הרוטור יוצר אפקט יניקה המעביר את החומר הנוזלי המוצק בין הסטטור לרוטור, שם המוצקים מצטמצמים לגודל חלקיקים קטן יותר.
עיקרון העבודה של הומוגניזר בלחץ גבוה (HPH) מבוסס על שימוש במשאבה בלחץ גבוה ושסתום (זרבובית, פתח), מה שהופך את הציוד לגדול, כבד ויקר. תרחיף מעובד נאלץ עם מהירות זרימה גבוהה דרך פתח קטן, אשר מקטין את גודל החלקיקים כמו חלקיקים דורשים גודל קטן מסוים על מנת לעבור דרך השסתום. במיוחד בעת עיבוד מוצקים, HPHs נוטים סתימה.
הומוגנייזרים אולטרסאונד להשתמש בכוחות גזירה גבוהה שנוצרו על ידי cavitation אקוסטי, אשר נותן להם יתרונות שונים על פני טכניקות הומוגניזציה אחרות. עקרון העבודה והיתרונות של הומוגניזציה קולית מוצגים להלן.
אולטראסאונד בעוצמה גבוהה ככוח הומוגני
homogenizer קולי משתמש תנודות קוליות בעוצמה גבוהה cavitation כדי ליצור כוחות גזירה אינטנסיביים מאוד ולכן יכול להיקרא מערבל גזירה גבוהה אינטנסיבי סופר אינטנסיבי. הסוד מאחורי כוחות גזירה גבוהים סופר אינטנסיבי הוא cavitation אקוסטי, אשר נוצר על ידי גלי אולטרסאונד בעוצמה גבוהה. homogenizer קולי יש גנרטור, שהוא אספקת החשמל ויחידת בקרה, ומתמר. המתמר מכיל קרמיקה פיזו-חשמלית. קרמיקה פיזו-חשמלית אלה ממירים את האנרגיה החשמלית לתנודה, שכן הגבישים הפיזואלקטריים משנים את גודלם וצורתם כאשר המתח מוחל. כאשר התדירות של המתנד האלקטרוני שווה לתדירות הטבעית של הקוורץ הפיזואלקטרי, מתרחשת תהודה. בתנאי תהודה, הקוורץ מייצר גלים קוליים אורך של משרעת גדולה.
גלי אולטרסאונד שנוצרו מצמידים לאחר מכן באמצעות בדיקה קולית (sonotrode / קרן) לתוך מדיום התהליך. המשרעת בגשוש הקולי קובעת את עוצמת גלי אולטרסאונד, אשר מועברים לתוך הנוזל או תרחיף. הגלים הקוליים ליצור לסירוגין בלחץ גבוה ומחזורים בלחץ נמוך במדיה נוזלית. במהלך מחזור הלחץ הנמוך, גלים קוליים בעוצמה גבוהה לייצר בועות ואקום קטנות בנוזל. במהלך מחזור הלחץ הגבוה, בועות ואקום קטנות מתמוטטות באופן הרסני. תופעה זו נקראת cavitation. קריסה של בועות cavitation עשוי גם ליצור מטוסים נוזליים עם מהירות גבוהה של עד 280 מ '/s, וכתוצאה מכך כוחות גזירה חזקים. כוחות הגזירה שוברים את החלקיקים, גורמים להתנגשות בין חלקיקים ומשבשים טיפות ותאים באופן מכני, ומקדמים בו זמנית העברה המונית יעילה ביותר. כוחות cavitational אלה מייצרים פיזור אחיד והומוגני, אמולסיות והשעיות והם ידועים גם לקדם תגובות כימיות (מה שנקרא סונוכימיה).
cavitation אקוסטי (שנוצר על ידי אולטרסאונד בעוצמה גבוהה) יוצר תנאים קיצוניים מקומיים, מה שנקרא סונומכני ואפקטים סונוכימיים. בשל תופעות אלה, sonication מפחית חלקיקים מוצקים ונוזלים וממזג אותם לתוך ניסוח הומוגני.
cavitation אולטרה סאונד בגשוש cascatrode של אולטרה סאונדטור UIP1000hdT (1000 וואט, 20kHz) בכור זכוכית. אור אדום מלמטה משמש לשיפור הראות של cavitation.
הומוגנייזרים אולטרסאונד – יתרונות
homogenizers אולטרה סאונד הם עדיפים, כשמדובר בייצור של נוזל מוצק (מה שנקרא והכלומניקים) ומתלים נוזליים נוזליים ופתרונות. מאז ultrasonicators להשתמש בעקרון העבודה של cavitation קולי, החומר צריך להיות רטוב או בשלב רטוב, שכן cavitation מתרחשת רק בנוזל. משמעות הדבר היא ultrasonicator לא יהיה יעיל מאוד ערבוב אבקה יבשה, אבל ברגע האבקה מקבל רטוב, sonication היא השיטה היעילה ביותר למיזוג. homogenizers אולטרה סאונד ידועים לערבב באופן אמין, לערבב ולפזר אפילו משחות וחומרים צמיגים מאוד. הכוחות האינטנסיביים במיוחד הנגרמים על ידי קריסה של בועות cavitation יוצר לא רק כוחות גזירה גבוהה חזקים מאוד, אלא גם מקומי מוגבל טמפרטורות גבוהות ולחצים גבוהים, כמו גם הפרשים בהתאמה. שילוב זה של כוחות פיזיים משבשים חלקיקים לגדלים קטנים בהרבה מהומוגניזר קונבנציונלי. לכן, homogenizers קולי הם הציוד המועדף לייצור אמין של אמולסיות בגודל ננו ופיזורים.
- יעילות מעולה
- מסוגל לספק אנרגיה ממוקדת מאוד
- תוצאות מעולות במיקרון וננו
- עבור אמולסיות ופיזורים בגודל מיקרון וננו
- כל אמצעי אחסון מ-mL עד טון/שעה
- אצווה וליין
- עבור מעבר יחיד וסיבוב מחדש
- בקרת תהליכים מדויקת
- פעולה פשוטה
- ניקוי קל
- תחזוקה נמוכה
יישומים של הומוגניזרים אולטרה סאונד
homogenizers אולטרה סאונד נמצאים בשימוש נרחב במתקנים מעבדה ותעשייתיים כדי הומוגניזציה מוצק נוזלי נוזלי השעיות, להקטין את גודל החלקיקים, לשבש ולחלץ חומר ביולוגי, להגביר תגובות כימיות ולהמיס תרכובות מסיסות.
Ultrasonic תחליב
אמולסיה היא תהליך של מיזוג שני נוזלים immiscible או יותר יחד על מנת להכין תערובת יציבה או חצי ניתנת לערעור. באופן כללי, שני נוזלים אלה מורכבים משלב שמן ושלב מימי (מים). כדי לייצב את התערובת של שלבי הנוזל השונים, מתחלב (פעילי שטח / קו-פעילי שטח) מתווספים. גודל טיפה של אמולסיה ממלא תפקיד מכריע כשמדובר הפונקציונליות והיציבות של אמולסיה. מאז כוח-אולטרסאונד יוצר כוחות סונומכניים, אשר לשבור טיפות ולהפחית אותם טיפות דקות, sonication היא שיטה פופולרית מאוד לייצור מיקרון- וננו אמולסיות. homogenizers אולטרה סאונד הם כלי אמין לייצור של אמולסיות O / W ו- W / O, אמולסיות הפוכות, אמולסיות כפולות (O / W / O, W / O / W), מיני אמולסיות כמו גם אמולסיות פיקרינג. בהתבסס על גמישות זו ואת יכולת אמולסיה אמינה, homogenizers קולי (לפעמים נקרא גם מתחלבים קוליים כאשר נעשה שימוש עבור תחליב) משמשים למשל, בתעשייה הכימית, מזון, תרופות, דלק לייצר אמולסיות יציבות לטווח ארוך.
לחץ על הקישורים הבאים כדי ללמוד עוד על ננו-אמולסיות, ו אמולסיות פיקרינג!
פיזור אולטרה סאונד
homogenizers אולטרה סאונד הם יעילים מאוד כאשר חלקיקים agglomerates, אגרגטים ואפילו חלקיקים ראשוניים חייבים להיות מופחתים באופן אמין בגודל. היתרון של homogenizers קולי הוא היכולת שלהם לטחון חלקיקים עד לגדלי חלקיקים קטנים ואחידים יותר, בין אם מיקרון או ננו-חלקיקים ממוקדים כתוצאה מהתהליך. כוחות גזירה cavitational וזרמים נוזליים להאיץ חלקיקים כך שהם מתנגשים אחד עם השני. זה ידוע כהתנגשות בין-חלקית. החלקיקים עצמם פועלים כאמצעי כרסום, אשר מונע זיהום על ידי שחיקת חרוזים ואת תהליך ההפרדה הבאים, אשר הכרחי כאשר טחנות חרוזים קונבנציונליות משמשים. מאז התנגשות החלקיקים על ידי התנגשות בין-חלקיקים במהירויות גבוהות מאוד של עד 280 מ 'לשנייה, כוחות גבוהים במיוחד להחיל על החלקיקים, אשר ולכן להתנפץ לתוך שברים זעירים. חיכוך ושחיקה מעניקים לרסיסי החלקיקים האלה משטח מלוטש וצורה אחידה. השילוב של כוחות גזירה והתנגשות בין-מפלגתית נותנים הומוגניזציה קולית ופיזור הקצה היתרון המספק השעיות קוליות הומוגניות מאוד ופיזורים!
רצף התמונה להלן מתאר את הכוחות cavitational של אולטרסאונד על פתיתי גרפיט.
רצף במהירות גבוהה (מ- a עד f) של מסגרות הממחישות פילינג סונו-מכני של פתית גרפיט במים באמצעות UP200S, ultrasonicator 200W עם סונוטרודה 3 מ"מ. חצים מראים את המקום של פיצול (פילינג) עם בועות cavitation חודרים הפיצול.
© צורנינה ואח' 2020 (CC BY-NC-ND 4.0)
פיזור והומוגניזציה של ננו-חומרים
עבור שניהם, אמולסיות ופיזורים, הכנת תערובות בגודל ננו היא משימה מאתגרת. רוב טכניקות ההומוגניות והמיזוג הקונבנציונליות כגון מערבלי להבים, טחנות חרוזים, homogenizers בלחץ גבוה ומיקסרים אחרים מסוגלים לייצר חלקיקים בגודל מיקרון, אך הם אינם יכולים לשבור באופן אמין טיפות ומוצקים עד לגודל ננו. זאת בעיקר בשל עוצמה לא מספקת. לדוגמה, מערבלי להב אינם מספקים מספיק גזירה לשבירת חלקיקים לגודל ננו. טחנות חרוזים, סוג אחר של הומוגניזר, לא יכול לטחון מוצקים באופן אחיד לגודל חלקיקים עדין יותר מאשר החרוזים (שחיקה מדיה) עצמו. חרוזי שחיקה קונבנציונליים יש גודל ממוצע בין 1,500 מ"מ – 35,000 מ"מ. בעיה נוספת היא הזיהום על ידי בלאי של מדיום הטחינה. מאז ultrasonicators לספק כוחות גזירה גבוהים במיוחד, אך בדיוק לשליטה, cavitation אולטרסאונד היא הטכניקה המועדפת לייצור אמין של ננו-פיזור וננו אמולסיות במעבדה (R&D), מערכי פיילוט ותעשייה.
פיזור אולטרה סאונד להראות התפלגות גודל חלקיקים אחידה עם חלקיקים מופחתים הומוגנית. העקומות מראות את התפלגות החלקיקים של סיליקה לפני אולטרסאונד (עקומה ירוקה) ואחרי פיזור קולי (עקומה אדומה).
קנה מידה למעלה של תהליכים הומוגניזציה אולטרה סאונד
כאשר גדל מן homogenizer קולי מעבדה כדי ultrasonicator טייס, וממערכת פיילוט לייצור בקנה מידה מלא הומוגניזר קולי, scale-up ניתן ליישם את scale-up ליניארי לחלוטין! כל הפרמטרים החשובים של תהליך כגון משרעת, לחץ, טמפרטורה וזמן עיבוד נשמרים קבועים, רק את שטח הפנים של הבדיקה הקולית ואת ultrasonicator כמו תועמלן אנרגטי של הבדיקה הם קנה מידה ליחידות גדולות יותר, חזק יותר. המדרגיות הליניארית של תהליכי הומוגניזציה קוליים מאפשרת להשיג בייצור גדול את אותן תוצאות באיכות גבוהה כמו בהגדרות המעבדה והפיילוט.
מצא את Homogenizer אולטרה סאונד המתאים ביותר עבור התהליך שלך!
Hielscher אולטרסוניקה הוא אתה שותף מנוסה זמן רב עבור homogenizers קולי. כל Ultrasonicators Hielscher מתוכננים, מיוצרים ונבדקו במטה שלנו בגרמניה לפני שאנו שולחים אותם ללקוחות שלנו ברחבי העולם. Hielscher אולטרה סאונד homogenizers הם מכשירים באיכות גבוהה charcterized על ידי ביצועים גבוהים מתמיד, אמינות, חוסן, וידידותיות למשתמש. תחכום טכני של טכנולוגיית הומוגניזציה קולית לתת למשתמשים של ציוד Hielscher יתרונות תחרותיים, מה שהופך אותם למוביל השוק בתעשייה שלהם. עם מגוון המוצרים הרחב מן המעבדה ואת הספסל העליון homogenizers, מערכות פיילוט ו homogenizers קולי תעשייתי מלא עבור הפקות מסחריות, Hielscher יש את מערכת ערבוב קולי אידיאלי עבור הדרישות שלך. אביזרי הסעפת מאפשרים את ההתקנה ההומוגנית הקולית האידיאלית – התאמת הצרכים האישיים.
ספר לנו את דרישות התהליך והמפרטים שלך – אנו בשמחה ממליצים לך הומוגניזר קולי המתאים והיעיל ביותר עבור היישום שלך!
יעילות גבוהה עם Homogenizers אולטרה סאונד
בשל יעילות תהליך יוצאת דופן, עלויות השקעה סבירות, יעילות אנרגטית גבוהה מאוד ועלויות עבודה ותחזוקה נמוכות, Hielscher אולטרה סאונד homogenizers עולה על טכניקות הומוגניזציה קונבנציונליות ומשיג RoI מהיר (החזר על ההשקעה). לעתים קרובות, homogenizer קולי הוא amortized בתוך כמה חודשים.
אולטראסאונד בהספק גבוה להומוגניזציה תעשייתית
המשרעת היא פרמטר התהליך החשוב ביותר בתהליכי הומוגניזציה מונחי אולטרסאונד. כל ultrasonicators Hielscher לאפשר שליטה מדויקת על משרעת. בהתאם ליעד התהליך, ניתן להגדיר משרעת נמוכה יותר לתנאי עיבוד מתונים יותר או משרעת גבוהה נבחרה לתוצאות פיזור הרסניות יותר. הירושר אולטרסוניקה’ מעבדי אולטראסוניות תעשייתיים יכולים לספק משרעת גבוהה מאוד. משרעת של עד 200μm ניתן להפעיל ברציפות בקלות בפעולה 24/7. עבור משרעת גבוהה עוד יותר, sonotrodes אולטראסוניות מותאמות אישית זמינים.
דרישות תחזוקה נמוכות עבור homogenizers אולטרה סאונד
homogenizers אולטרה סאונד הם לא רק קל לנקות מאז sonotrode והכור הם הרכיבים היחידים שהם חלקים רטובים וליצור קשר עם החומר המעובד. Sonotrode (הידוע גם בשם קרן קולית או בדיקה) כור עשויים טיטניום נירוסטה, בהתאמה ויש להם גיאומטריות נקיות ללא פתחים או פינות מתות.
החלק היחיד אשר כפוף בלאי הוא בדיקה קולית, אשר ניתן להחליף ללא הפרעה משמעותית לפעולה. sonotrode של ultrasonicator מעבדה משתנה בתוך כ. 10 דקות, בעוד השינוי של sonotrode של homogenizer קולי תעשייתי עשוי לקחת כ. 30-45 דקות.
הטבלה להלן נותן לך אינדיקציה של יכולת עיבוד משוער של ultrasonicators שלנו:
| נפח תצווה | קצב זרימה | התקנים מומלצים |
|---|---|---|
| 1 עד 500mL | 10 עד 200mL / min | מעלהay |
| 10 עד 2000mL | 20 עד 400mL / min | Uf200 ः t, UP400St |
| 0.1 ל 20L | 0.2 ל 4 ליטר / דקה | UIP2000hdT |
| 10 עד 100 ליטר | 2 עד 10L / min | UIP4000hdT |
| 0.3 עד 60L | 0.6 עד 12L / min | UIP6000hdT |
| N.A. | 10 עד 100L / min | UIP16000 |
| N.A. | יותר גדול | אשכול UIP16000 |
תיצור איתנו קשר! / שאל אותנו!
Hielscher אולטרסוניקה מייצרת הומוגניזרים אולטראסוניות ביצועים גבוהים עבור ערבוב יישומים, פיזור, אמולסיה וחילוץ על מעבדה, טייס בקנה מידה תעשייתי.
ספרות/הפניות
- 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, 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.
- Seyed Mohammad Mohsen Modarres-Gheisari, Roghayeh Gavagsaz-Ghoachani, Massoud Malaki, Pedram Safarpour, Majid Zandi (2019): Ultrasonic nano-emulsification – A review. Ultrasonics Sonochemistry Vol. 52, 2019. 88-105.
- Brad W. Zeiger; Kenneth S. Suslick (2011): Sonofragmentation of Molecular Crystals. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 37, 14530–14533.
Hielscher אולטרסוניקה מייצרת homogenizers קולי ביצועים גבוהים מ מַעבָּדָה ל גודל תעשייתי.