अल्ट्रासोनिक कैविशन द्वारा पायसिंग
मध्यवर्ती और उपभोक्ता उत्पादों की एक विस्तृत श्रृंखला, जैसे सौंदर्य प्रसाधन और त्वचा लोशन, फार्मास्युटिकल मलहम, वार्निश, पेंट और स्नेहक और ईंधन पूरी तरह से या आंशिक रूप से इमल्शन पर आधारित हैं। Hielscher उत्पादन संयंत्रों में बड़ी मात्रा में धाराओं के कुशल अनुकरण के लिए दुनिया का सबसे बड़ा औद्योगिक अल्ट्रासोनिक तरल प्रोसेसर बनाता है।
अल्ट्रासोनिक Emulsification
प्रयोगशाला में, अल्ट्रासाउंड की पायसीकरण शक्ति को विभिन्न लाभों के कारण लंबे समय तक जाना और लागू किया गया है जो अल्ट्रासोनिक होमोजेनाइजेशन और पायसीकरण से बंधे हैं। विश्वसनीय अल्ट्रासोनिक पायसीकरण अल्ट्रासोनिक जांच, तथाकथित सोनोट्रोड्स के उपयोग पर आधारित है। अल्ट्रासोनिक जांच के माध्यम से, उच्च तीव्रता वाले अल्ट्रासाउंड को तरल पदार्थ में जोड़ा जाता है और ध्वनिक गुहिकायन बनाता है। अल्ट्रासोनिक या ध्वनिक गुहिकायन उच्च कतरनी बल उत्पन्न करता है, जो नैनो-आकार की बूंदों तक बड़ी बूंदों को बाधित करने के लिए आवश्यक ऊर्जा प्रदान करता है। इस प्रकार, दो या दो से अधिक तरल चरणों को एक समान सबमाइक्रोन- या नैनो-इमल्शन में मिलाया जाता है।
अल्ट्रासोनिकेटर सबमाइक्रोन- और नैनो-आकार के इमल्शन के उत्पादन में विश्वसनीय और कुशल हैं।
अल्ट्रासोनिक इमल्सीफिकेशन के लाभ
एक जांच-प्रकार अल्ट्रासोनिकेटर का उपयोग करके अल्ट्रासोनिक इमल्सीफिकेशन अन्य इमल्सीफाइंग तकनीकों पर कई फायदे प्रदान करता है:
- बेहतर इमल्शन स्थिरता: अल्ट्रासोनिक इमल्सीफिकेशन छोटे बूंद आकार और अधिक समान बूंद वितरण बनाता है, जिसके परिणामस्वरूप बेहतर इमल्शन स्थिरता और लंबी शेल्फ लाइफ होती है। सबमाइक्रोन- और एन नैनो-आकार की बूंदों को पावर अल्ट्रासाउंड का उपयोग करके मज़बूती से उत्पादित किया जा सकता है।
- ऊर्जा दक्षता: अल्ट्रासोनिक इमल्सीफिकेशन को अन्य पायसीकरण विधियों की तुलना में कम ऊर्जा की आवश्यकता होती है, जिससे यह अधिक ऊर्जा-कुशल प्रक्रिया बन जाती है।
- मापनीयता: अल्ट्रासोनिक इमल्सीफिकेशन को आवश्यक मात्रा के आधार पर आसानी से ऊपर या नीचे बढ़ाया जा सकता है, जिससे यह प्रयोगशाला और औद्योगिक अनुप्रयोगों दोनों के लिए एक बहुमुखी प्रक्रिया बन जाती है।
- समय की बचत: अल्ट्रासोनिक इमल् सीफिकेशन एक बहुत ही तेज़ प्रक्रिया हो सकती है, जिसमें तरल पदार्थ, मात्रा और उपकरणों के आधार पर सेकंड से मिनटों में इमल्शन बनते हैं।
- सर्फेक्टेंट की कम आवश्यकता: अल्ट्रासोनिक इमल्सीफिकेशन सर्फेक्टेंट की आवश्यकता को कम कर सकता है, जो अक्सर इमल्शन को स्थिर करने के लिए आवश्यक होते हैं। हालांकि, कम बूंद आकार के साथ, कण की सतह का क्षेत्र बढ़ जाता है और अधिक क्षेत्र को सर्फेक्टेंट द्वारा कवर किया जाना चाहिए। अल्ट्रासोनिकेशन वैकल्पिक और उपन्यास इमल्सीफायर सहित लगभग किसी भी प्रकार के सर्फेक्टेंट के साथ संगत है।
- न्यूनतम और नियंत्रणीय गर्मी उत्पादन: अल्ट्रासोनिक इमल्सीफिकेशन एक गैर-थर्मल प्रक्रिया है और प्रसंस्करण के दौरान गर्मी उत्पादन से बचा जा सकता है या एक छोटी डिग्री तक कम किया जा सकता है। जिससे संवेदनशील यौगिकों या अवयवों के थर्मल क्षरण का खतरा कम हो जाता है।
कुल मिलाकर, प्रोब-टाइप अल्ट्रासोनिकेटर का उपयोग करके अल्ट्रासोनिक इमल्सिफिकेशन के फायदे इसे खाद्य और पेय, फार्मास्यूटिकल्स, सौंदर्य प्रसाधन, महीन रसायनों और ईंधन सहित विभिन्न क्षेत्रों में पायसीकरण के लिए एक लोकप्रिय विकल्प बनाते हैं।
एक तेल में पानी (O/W) पायस (लाल पानी/पीला तेल) की अल्ट्रासोनिक तैयारी । सोनीशन के कुछ सेकंड अलग पानी/तेल चरणों को ठीक पायस में बदल देते हैं ।
नीचे दिया गया वीडियो यूपी 400 एस लैब अल्ट्रासोनिकेटर का उपयोग करके तेल (पीला) को पानी (लाल) में पायसीकरण प्रक्रिया दिखाता है।
एक पायस क्या है?Emulsions दो या अधिक immiscible तरल पदार्थ के फैलाव हैं। अत्यधिक गहन अल्ट्रासाउंड दूसरे चरण (निरंतर चरण) में छोटी बूंदों में एक तरल चरण (फैला हुआ चरण) फैलाने के लिए आवश्यक शक्ति की आपूर्ति करता है। फैलाने वाले क्षेत्र में, इम्प्लोडिंग पोकेशन बुलबुले आसपास के तरल में गहन सदमे की तरंगें पैदा करते हैं और परिणामस्वरूप उच्च तरल वेग के तरल जेटों का गठन होता है।
मिनीइमल्शन, जिसे अल्ट्रासोनिकेशन द्वारा कुशलतापूर्वक बनाया जा सकता है, रासायनिक प्रतिक्रियाओं को बढ़ाता है। मैक्रोइमल्शन पोलीमराइजेशन (ए) बनाम मिनीइमल्शन पोलीमराइजेशन (बी) [शोर्क एट अल।
नैनो-Emulsions – अल्ट्रासोनिकेटर के लिए एक पावर एप्लिकेशन
नैनोइमल्शन बूंदों के साथ इमल्शन होते हैं जो आमतौर पर आकार में 100 नैनोमीटर से कम होते हैं। नैनोइमल्शन पारंपरिक इमल्शन पर कई फायदे प्रदान करते हैं, जिसमें अद्वितीय कार्यात्मक गुण, उच्च स्थिरता, पारदर्शिता आदि शामिल हैं।
अल्ट्रासोनिकेशन पारंपरिक पायसीकरण प्रौद्योगिकियों को पछाड़ता है, खासकर जब यह नैनोइमल्शन के गठन की बात आती है। यह अल्ट्रासाउंड के अत्यधिक कुशल और ऊर्जा-तीव्र कार्य सिद्धांत के कारण है।
अल्ट्रासोनिक इमल्सीफिकेशन का कार्य सिद्धांत
अल्ट्रासोनिक पायसीकरण प्रक्रियाएं ध्वनिक गुहिकायन के बलों का उपयोग करती हैं। ध्वनिक गुहिकायन उच्च तीव्रता वाले अल्ट्रासाउंड तरंगों के अधीन तरल माध्यम में छोटे बुलबुले के गठन, विकास और विघटनकारी पतन की घटना को संदर्भित करता है। इन बुलबुले का फैलाव तीव्र स्थानीय दबाव और तापमान ग्रेडिएंट उत्पन्न करता है, जो उच्च-कतरनी बल, शॉक तरंगें और माइक्रो-जेट बना सकता है जो बड़े कणों और समूहों को छोटे कणों में तोड़ सकता है। बाईं तस्वीर एक तरल भरे ग्लास कॉलम में अल्ट्रासोनिकेटर यूआईपी 1000एचडीटी (1000 वाट) की जांच में उत्पन्न अल्ट्रासोनिक कैविटेशन को दर्शाती है।
पायसीकरण और नैनो-पायसीकरण में, ध्वनिक गुहिकायन की तीव्रता इमल्शन में बूंदों के आकार को कम करने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाती है। गुहिकायन बुलबुले का पतन मजबूत कतरनी बल पैदा कर सकता है जो बड़ी बूंदों को छोटे लोगों में तोड़ देता है। इसके अलावा, गुहिकायन द्वारा उत्पन्न स्थानीय दबाव और तापमान ग्रेडिएंट भी नई बूंदों के गठन को बढ़ावा दे सकते हैं और इमल्शन को स्थिर कर सकते हैं।
ध्वनिक गुहिकायन का अनूठा पहलू उच्च यांत्रिक या थर्मल तनाव की आवश्यकता के बिना तरल माध्यम को स्थानीयकृत और तीव्र ऊर्जा इनपुट प्रदान करने की क्षमता है। यह नैनो-इमल्सीफिकेशन के लिए एक आकर्षक तकनीक बनाता है, क्योंकि यह एक छोटे बूंद आकार और संकरी बूंद आकार वितरण को प्राप्त करते हुए पायसीकरण प्रक्रिया के लिए आवश्यक ऊर्जा इनपुट को कम कर सकता है।
इन सटीक नियंत्रणीय अल्ट्रासोनिक बलों के कारण, ध्वनिक गुहिकायन नैनो-पायसीकरण के लिए एक शक्तिशाली उपकरण है। स्थानीयकृत और तीव्र ऊर्जा इनपुट उत्पन्न करने की इसकी क्षमता बहुत उच्च दक्षता पर सबमाइक्रोन- और नैनो-आकार के लोगों को बनाने वाली बड़ी बूंदों को तोड़ने की अनुमति देती है।
तेल में पानी (पानी चरण) और पानी में तेल पर अध्ययन (तेल चरण) इमल्शन ऊर्जा घनत्व और छोटी बूंद के आकार (उदा Sauter व्यास) के बीच संबंध पता चला है। बढ़ता जा रहा ऊर्जा घनत्व में छोटे छोटी बूंद के आकार के लिए एक स्पष्ट प्रवृत्ति (हैसही ग्राफिक पर क्लिक करें). उपयुक्त ऊर्जा घनत्व स्तरों पर, अल्ट्रासाउंड नैनो-रेंज में औसत बूंद आकार को आसानी से और मज़बूती से प्राप्त कर सकता है।
कुशल पायसीकरण के लिए अल्ट्रासोनिक जांच
Hielscher बैच और प्रवाह-माध्यम मोड में तरल पदार्थों के कुशल पायसीकरण और प्रसार के लिए जांच-प्रकार अल्ट्रासोनिकेटर और सहायक उपकरण की एक विस्तृत श्रृंखला प्रदान करता है।
प्रत्येक 16,000 वाट तक के कई अल्ट्रासोनिक प्रोसेसर से युक्त सिस्टम, इस प्रयोगशाला अनुप्रयोग को निरंतर प्रवाह में या बैच में बारीक बिखरे हुए इमल्शन प्राप्त करने के लिए एक कुशल उत्पादन विधि में अनुवाद करने के लिए आवश्यक क्षमता प्रदान करते हैं – ऐसे नए छिद्र वाल्व के रूप में आज की सबसे अच्छी उच्च दबाव उपलब्ध homogenizers, के बराबर परिणाम प्राप्त करने। निरंतर पायसीकरण में इस उच्च क्षमता के अलावा, Hielscher अल्ट्रासोनिक उपकरणों बहुत कम रखरखाव की आवश्यकता होती है और बहुत आसान संचालित करने के लिए और साफ करने के लिए कर रहे हैं। अल्ट्रासाउंड वास्तव में सफाई और rinsing का समर्थन करता है। अल्ट्रासोनिक शक्ति समायोज्य है और विशेष रूप से उत्पादों और पायसीकरण की आवश्यकताओं के लिए अनुकूलित किया जा सकता है। विशेष प्रवाह सेल रिएक्टरों उन्नत सीआईपी (स्वच्छ-इन-जगह) और एसआईपी (नसबंदी-इन-जगह) आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए उपलब्ध भी हैं।
मल्टीसोनोरिएक्टर एमएसआर -4 एक औद्योगिक इनलाइन होमोजेनाइजेशन रिएक्टर है जो उच्च थ्रूपुट के साथ (नैनो-) इमल्सीफिकेशन प्रक्रियाओं के लिए उपयुक्त है।
| बैच वॉल्यूम | प्रवाह की दर | अनुशंसित उपकरणों |
|---|---|---|
| 0.5 से 1.5 एमएल | एन.ए. | VialTweeter | 1 से 500 एमएल | 10 से 200 मील / मिनट | UP100H |
| 10 से 2000 मील | 20 से 400 एमएल / मिनट | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 से 20 एल | 0.2 से 4 एल / मिनट | UIP2000hdT |
| 10 से 100 एल | 2 से 10 एल / मिनट | UIP4000hdT |
| 15 से 150 एल | 3 से 15 लाख/मिनट | UIP6000hdT |
| एन.ए. | 10 से 100 एल / मिनट | UIP16000 |
| एन.ए. | बड़ा | के समूह UIP16000 |
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Hielscher Ultrasonics प्रयोगशाला, पायलट और औद्योगिक पैमाने पर अनुप्रयोगों, फैलाव, पायसीकरण और निष्कर्षण मिश्रण के लिए उच्च प्रदर्शन अल्ट्रासोनिक समरूपता का निर्माण करता है ।
साहित्य/संदर्भ
- 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.
- Behrend, O., Schubert, H. (2000): Influence of continuous phase viscosity on emulsification by ultrasound, in: Ultrasonics Sonochemistry 7 (2000) 77-85.
- Behrend, O., Schubert, H. (2001): Influence of hydrostatic pressure and gas content on continuous ultrasound emulsification, in: Ultrasonics Sonochemistry 8 (2001) 271-276.
- F. Joseph Schork; Yingwu Luo; Wilfred Smulders; James P. Russum; Alessandro Butté; Kevin Fontenot (2005): Miniemulsion Polymerization. Adv Polym Sci (2005) 175: 129–255.
जानने के योग्य तथ्य
शब्द की परिभाषा “पायसन”
एक इमल्शन दो या दो से अधिक अपरिवर्तनीय तरल पदार्थों का मिश्रण है, जैसे कि तेल और पानी।
इमल्शन या तो तेल-इन-वाटर (जहां तेल की बूंदें पानी में फैली होती हैं) या पानी-इन-ऑयल (जहां पानी की बूंदें तेल में फैली होती हैं) हो सकती हैं। इमल्शन का उपयोग विभिन्न प्रकार के अनुप्रयोगों में किया जाता है, जिसमें खाद्य उत्पाद (जैसे सलाद ड्रेसिंग और मेयोनेज़), सौंदर्य प्रसाधन (जैसे लोशन और क्रीम), और फार्मास्यूटिकल्स (जैसे टीके) शामिल हैं।
एक इमल्सीफायर एक इमल्शन में दो अपरिवर्तनीय पदार्थों (जैसे तेल और पानी) के बीच सतह के तनाव को कम करके काम करता है। यह दो पदार्थों की अलग होने की प्रवृत्ति को कम करता है और उन्हें एक स्थिर मिश्रण बनाने की अनुमति देता है।
इमलसिफायर को स्थिर करना
सामान्य तौर पर, इमल्शन को एक इमलाइजाइंग एजेंट या सर्फेक्टेंट का उपयोग करके स्थिरीकरण की आवश्यकता होती है। इमल्सीफायर एम्फीफिलिक हैं - वे पानी और वसायुक्त पदार्थों दोनों को आकर्षित करते हैं। इसका मतलब है कि उनके पास हाइड्रोफिलिक (पानी से प्यार करने वाले) और हाइड्रोफोबिक (तेल-प्रेमी) गुण हैं, जो उन्हें इमल्शन के तेल और पानी दोनों चरणों के साथ बातचीत करने की अनुमति देता है। पायसीकारक अणु का हाइड्रोफिलिक हिस्सा पानी के अणुओं से जुड़ जाता है, जबकि हाइड्रोफोबिक हिस्सा तेल के अणुओं से जुड़ जाता है।
पायसीकारक अणुओं के साथ तेल की बूंदों को घेरकर, पायसीकारक बूंदों के चारों ओर एक सुरक्षात्मक परत बनाता है जो उन्हें एक दूसरे के संपर्क में आने से रोकता है और बड़ी बूंदों को बनाने के लिए एक साथ जुड़ने (एक साथ जुड़ने) से रोकता है। यह इमल्शन को स्थिर रखने में मदद करता है और अलगाव को रोकता है।
चूंकि व्यवधान के बाद बूंदों का सहवास अंतिम बूंद आकार वितरण को प्रभावित करता है, इसलिए अंतिम बूंद आकार वितरण को एक स्तर पर बनाए रखने के लिए कुशलतापूर्वक स्थिर इमल्सीफायर का उपयोग किया जाता है जो अल्ट्रासोनिक फैलाव क्षेत्र में बूंद व्यवधान के तुरंत बाद वितरण के बराबर होता है। स्टेबलाइजर्स वास्तव में निरंतर ऊर्जा घनत्व पर बेहतर बूंद व्यवधान का कारण बनते हैं।
आमतौर पर इस्तेमाल किए जाने वाले इमल्सीफायर के उदाहरणों में लेसिथिन (जो अंडे की जर्दी और सोयाबीन में पाया जाता है), मोनो- और डाइग्लिसराइड्स, पॉलीसोर्बेट 80 और सोडियम स्टीयरोइल लैक्टिलेट शामिल हैं।
हिल्स्चर अल्ट्रासोनिक्स उच्च प्रदर्शन अल्ट्रासोनिक होमोजेनाइजर्स से बनाती है प्रयोगशाला सेवा मेरे औद्योगिक आकार।