होमोजेनाइज़र – कार्य सिद्धांत, उपयोग और स्केल-अप

होमोजेनाइज़र एक प्रकार के मिक्सर हैं, जो तरल-तरल और ठोस-तरल प्रणालियों को मिश्रण, पायसीकारी, फैलाव और भंग करने के लिए यांत्रिक बलों को लागू करते हैं। होमोजेनाइज़र मॉडल घूर्णी कतरनी के आधार पर, ठोस कणों के साथ-साथ तरल बूंदों को विघटित करने और तोड़ने के लिए आवश्यक बलों को बनाने के लिए नोजल या उच्च-शक्ति अल्ट्रासाउंड का उपयोग किया जाता है। अनुसंधान और उत्पादन में होमोजेनाइज़र उपकरणों और उनके अनुप्रयोगों के बारे में अधिक जानें!

एक होमोजेनाइज़र क्या है?

एक होमोजेनाइज़र मिश्रण उपकरणों का एक वर्ग है, जिसे ठोस और तरल दोनों कणों को एक समान मिश्रण में तोड़ने के लिए डिज़ाइन किया गया है। Homogenizers प्रयोगशाला, बेंच-टॉप और, अनुसंधान और उद्योग में विभिन्न अनुप्रयोगों के लिए उपयोग किए जाने वाले औद्योगिक उपकरण के रूप में उपलब्ध हैं। होमोजेनाइज़र के विशिष्ट अनुप्रयोग में कणों, रंगद्रव्य, रसायनों, पौधों, भोजन, कोशिकाओं, ऊतकों सहित विभिन्न सामग्रियों का मिश्रण और विघटन शामिल है।

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विभिन्न Homogenizer प्रकारों पर अवलोकन

बेंच-टॉप और औद्योगिक बड़े पैमाने पर उत्पादन में उपयोग के लिए विभिन्न होमोजेनाइज़र प्रकार व्यावसायिक रूप से उपलब्ध हैं। हालांकि रोटर/स्टेटर (कोलाइड) मिक्सर, उच्च दबाव होमोजेनाइज़र और अल्ट्रासोनिक होमोजेनाइज़र सबसे व्यापक रूप से उपयोग किए जाने वाले मॉडल हैं।
प्ररित करनेवाला या ब्लेड मिक्सर में एक कताई ब्लेड होता है, जो मिश्रण पोत के तल पर उच्च गति से घूमता है जिससे विभिन्न सामग्रियों को एक सजातीय मिश्रण में मिलाया जाता है।
जैसा कि रोटर/स्टेटर मिक्सर के नाम का पहले से ही स्पष्ट अर्थ है, रोटर/स्टेटर मिक्सर में एक रोटर और एक स्टेटर घटक होता है। रोटर एक धातु शाफ्ट है जो स्टेटर के भीतर उच्च गति पर घूमता है। स्टेटर धातु का हिस्सा है जो स्थिर रहता है। रोटर का घूर्णन एक चूषण प्रभाव पैदा करता है जो स्टेटर और रोटर के बीच ठोस-तरल सामग्री को स्थानांतरित करता है, जहां ठोस छोटे कण आकार में कम हो जाते हैं।
उच्च दबाव होमोजेनाइज़र (एचपीएच) का कार्य सिद्धांत एक उच्च दबाव पंप और एक वाल्व (नोजल, छिद्र) के उपयोग पर आधारित है, जो उपकरण को बड़ा, भारी और महंगा बनाता है। संसाधित घोल को एक छोटे छिद्र के माध्यम से उच्च प्रवाह वेग के साथ मजबूर किया जाता है, जो कण आकार को कम करता है क्योंकि कणों को वाल्व से गुजरने के लिए एक निश्चित छोटे आकार की आवश्यकता होती है। विशेष रूप से ठोस पदार्थों को संसाधित करते समय, एचपीएच क्लॉगिंग के लिए प्रवण होते हैं।
अल्ट्रासोनिक होमोजेनाइज़र ध्वनिक कैविटेशन द्वारा उत्पन्न उच्च-कतरनी बलों का उपयोग करते हैं, जो उन्हें अन्य समरूप तकनीकों पर विभिन्न लाभ देता है। अल्ट्रासोनिक समरूपीकरण के कार्य सिद्धांत और लाभ नीचे प्रस्तुत किए गए हैं।

होमोजेनाइजिंग फोर्स के रूप में हाई-पावर अल्ट्रासाउंड

एक अल्ट्रासोनिक होमोजेनाइज़र बहुत तीव्र कतरनी बलों को बनाने के लिए उच्च तीव्रता वाले अल्ट्रासोनिक कंपन और गुहिकायन का उपयोग करता है और इसलिए इसे सुपर-तीव्र उच्च-कतरनी मिक्सर कहा जा सकता है। सुपर-तीव्र उच्च-कतरनी बलों के पीछे का रहस्य ध्वनिक गुहिकायन है, जो उच्च-शक्ति अल्ट्रासाउंड तरंगों द्वारा उत्पन्न होता है। एक अल्ट्रासोनिक होमोजेनाइज़र में एक जनरेटर होता है, जो बिजली की आपूर्ति और नियंत्रण इकाई और एक ट्रांसड्यूसर होता है। ट्रांसड्यूसर में पीजो-इलेक्ट्रिक सिरेमिक होते हैं। ये पीजो-इलेक्ट्रिक सिरेमिक विद्युत ऊर्जा को दोलन में परिवर्तित करते हैं, क्योंकि वोल्टेज लागू होने पर पीजोइलेक्ट्रिक क्रिस्टल अपना आकार और आकार बदलते हैं। जब इलेक्ट्रॉनिक थरथरानवाला की आवृत्ति पीजोइलेक्ट्रिक क्वार्ट्ज की प्राकृतिक आवृत्ति के बराबर होती है, तो अनुनाद होता है। अनुनाद की स्थिति के तहत, क्वार्ट्ज बड़े आयाम की अनुदैर्ध्य अल्ट्रासोनिक तरंगों का उत्पादन करता है।
उत्पन्न अल्ट्रासाउंड तरंगों को तब अल्ट्रासोनिक जांच (सोनोट्रोड / अल्ट्रासोनिक जांच में आयाम अल्ट्रासाउंड तरंगों की तीव्रता निर्धारित करता है, जो तरल या घोल में प्रेषित होते हैं। अल्ट्रासोनिक तरंगें तरल मीडिया में बारी-बारी से उच्च दबाव और कम दबाव चक्र उत्पन्न करती हैं। कम दबाव चक्र के दौरान, उच्च तीव्रता वाली अल्ट्रासोनिक तरंगें तरल में छोटे वैक्यूम बुलबुले पैदा करती हैं। उच्च दबाव चक्र के दौरान, छोटे वैक्यूम बुलबुले विनाशकारी रूप से ढह जाते हैं। इस घटना को गुहिकायन कहा जाता है। गुहिकायन बुलबुले की विविधता भी 280 m/s तक की उच्च गति के साथ तरल जेट उत्पन्न कर सकती है, जिसके परिणामस्वरूप शक्तिशाली कतरनी बल होते हैं। कतरनी बल कणों को तोड़ते हैं, अंतर-कण टकराव का कारण बनते हैं और यांत्रिक रूप से बूंदों और कोशिकाओं को बाधित करते हैं, एक ही समय में एक अत्यधिक कुशल द्रव्यमान हस्तांतरण को बढ़ावा देते हैं। ये गुहिकायन बल एक समान और सजातीय फैलाव, पायस और निलंबन उत्पन्न करते हैं और रासायनिक प्रतिक्रियाओं (तथाकथित सोनोकेमिस्ट्री) को बढ़ावा देने के लिए भी जाने जाते हैं।

ध्वनिक कैविटेशन (उच्च-शक्ति अल्ट्रासाउंड द्वारा उत्पन्न) स्थानीय रूप से चरम स्थितियां, तथाकथित सोनोमैकेनिकल और सोनोकेमिकल प्रभाव पैदा करता है। इन प्रभावों के कारण, सोनिकेशन ठोस और तरल कणों को कम करता है और उन्हें एक सजातीय सूत्रीकरण में मिश्रित करता है।

अल्ट्रासोनिक Homogenizers – लाभ

अल्ट्रासोनिक homogenizers बेहतर हैं, जब यह ठोस-तरल (तथाकथित घोल) और तरल-तरल निलंबन और समाधान के उत्पादन की बात आती है। चूंकि अल्ट्रासोनिकेटर अल्ट्रासोनिक कैविटेशन के कार्य सिद्धांत का उपयोग करते हैं, इसलिए सामग्री गीली या गीली चरण में होनी चाहिए, क्योंकि गुहिकायन केवल तरल में होता है। इसका मतलब है कि एक अल्ट्रासोनिकेटर सूखे पाउडर को मिलाने में बहुत कुशल नहीं होगा, लेकिन जैसे ही पाउडर गीला हो जाता है, सोनिकेशन सम्मिश्रण के लिए सबसे कुशल तरीका है। अल्ट्रासोनिक homogenizers अच्छी तरह से मज़बूती से मिश्रण, मिश्रण और यहां तक कि पेस्ट और अत्यधिक चिपचिपा सामग्री फैलाने के लिए जाना जाता है। गुहिकायन बुलबुले के विस्फोट के कारण असाधारण तीव्र बल न केवल बहुत शक्तिशाली उच्च-कतरनी बल बनाता है, बल्कि स्थानीय रूप से सीमित उच्च तापमान और दबाव के साथ-साथ संबंधित अंतर भी बनाता है। भौतिक बलों के ये संयोजन एक पारंपरिक होमोजेनाइज़र की तुलना में कणों को बहुत छोटे आकार में बाधित करते हैं। इसलिए, अल्ट्रासोनिक homogenizers नैनो आकार के पायस और फैलाव के विश्वसनीय उत्पादन के लिए पसंदीदा उपकरण हैं।

अल्ट्रासोनिक Homogenizers के अनुप्रयोग

अल्ट्रासोनिक homogenizers व्यापक रूप से प्रयोगशाला और औद्योगिक सुविधाओं में उपयोग किया जाता है ठोस-तरल और तरल-तरल निलंबन homogenize, कण आकार को कम करने, बाधित और जैविक सामग्री निकालने, रासायनिक प्रतिक्रियाओं को तेज और घुलनशील यौगिकों भंग.

अल्ट्रासोनिक पायसीकरण

पायसीकरण एक स्थिर या अर्धस्थिर मिश्रण तैयार करने के लिए दो या दो से अधिक अमिश्रणीय तरल पदार्थों को एक साथ मिलाने की प्रक्रिया है। सामान्य तौर पर, इन दो तरल पदार्थों में एक तेल चरण और एक जलीय (पानी) चरण होता है। विभिन्न तरल चरणों के मिश्रण को स्थिर करने के लिए, एक पायसीकारक (सर्फैक्टेंट / एक पायस की छोटी बूंद का आकार एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है जब यह एक पायस की कार्यक्षमता और स्थिरता की बात आती है। चूंकि पावर-अल्ट्रासाउंड सोनोमैकेनिकल बल बनाता है, जो बूंदों को तोड़ता है और उन्हें मिनट की बूंदों तक कम करता है, माइक्रोन और नैनो-इमल्शन के उत्पादन के लिए सोनिकेशन एक बहुत लोकप्रिय तरीका है। अल्ट्रासोनिक होमोजेनाइज़र O/W और W/O इमल्शन, उलटा इमल्शन, डबल इमल्शन (O/W/O, W/O/W), मिनी-इमल्शन के साथ-साथ पिकरिंग इमल्शन के उत्पादन के लिए एक विश्वसनीय उपकरण हैं। इस लचीलेपन और विश्वसनीय पायसीकारी क्षमता के आधार पर, अल्ट्रासोनिक होमोजेनाइज़र (कभी-कभी इमल्सीफिकेशन के लिए उपयोग किए जाने पर अल्ट्रासोनिक पायसीकारी भी कहा जाता है) का उपयोग रासायनिक, खाद्य, दवा और ईंधन उद्योग में दीर्घकालिक स्थिर पायस का उत्पादन करने के लिए किया जाता है।
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अल्ट्रासोनिक फैलाव

अल्ट्रासोनिक होमोजेनाइज़र बहुत प्रभावशाली होते हैं जब कण समूह, समुच्चय और यहां तक कि प्राथमिक कणों को आकार में मज़बूती से कम किया जाना चाहिए। अल्ट्रासोनिक होमोजेनाइज़र का लाभ कणों को छोटे और अधिक समान कणों के आकार तक मिलाने की उनकी क्षमता है, चाहे माइक्रोन- या नैनो-कणों को प्रक्रिया परिणाम के रूप में लक्षित किया जाए। कैविटेशनल कतरनी बल और तरल धाराएं कणों को तेज करती हैं ताकि वे एक दूसरे से टकराएं। इसे इंटरपार्टिकल टकराव के रूप में जाना जाता है। कण स्वयं मिलिंग माध्यम के रूप में कार्य करते हैं, जो मोतियों को पीसकर संदूषण से बचते हैं और बाद में पृथक्करण प्रक्रिया, जो पारंपरिक मनका मिलों का उपयोग करते समय आवश्यक है। चूंकि 280 मीटर/सेकंड तक की बहुत तेज गति से इंटरपार्टिकल टकराव से कण टकराते हैं, इसलिए कणों पर असाधारण रूप से उच्च बल लागू होते हैं, जो इसलिए मिनट अंशों में बिखर जाते हैं। घर्षण और क्षरण उन कण टुकड़ों को एक पॉलिश सतह और समान आकार का रूप देते हैं। कतरनी बलों और इंटरपार्टिकल टकराव का संयोजन अल्ट्रासोनिक समरूपता और फैलाव को लाभप्रद बढ़त देता है जो अत्यधिक सजातीय कोलाइडल निलंबन और फैलाव प्रदान करता है!
नीचे दिए गए चित्र अनुक्रम में ग्रेफाइट फ्लेक्स पर अल्ट्रासाउंड के कैविटेशनल बलों को दर्शाया गया है।

फ्रेम का एक उच्च गति अनुक्रम (ए से एफ तक) पानी में ग्रेफाइट फ्लेक के सोनो-मैकेनिकल एक्सफोलिएशन को दर्शाता है UP200S, एक 200W अल्ट्रासोनिकेटर 3-mm सोनोट्रोड के साथ। तीर विभाजन (छूटना) की जगह दिखाते हैं, जिसमें विभाजन में प्रवेश करने वाले गुहिकायन बुलबुले होते हैं।
© Tyurnina एट अल 2020 (सीसी बाय-एनसी-एनडी 4.0)

नैनोमैटेरियल्स का फैलाव और समरूपीकरण

इमल्शन और फैलाव दोनों के लिए, नैनो आकार के मिश्रण की तैयारी एक चुनौतीपूर्ण कार्य है। ब्लेड मिक्सर, मनका मिलों, उच्च दबाव homogenizers और अन्य मिक्सर के रूप में सबसे पारंपरिक homogenization और सम्मिश्रण तकनीक माइक्रोन आकार के कणों का उत्पादन करने में सक्षम हैं, लेकिन वे मज़बूती से नैनो आकार के लिए नीचे बूंदों और ठोस तोड़ नहीं कर सकते. यह ज्यादातर अपर्याप्त तीव्रता के कारण होता है। उदाहरण के लिए, ब्लेड मिक्सर कणों को नैनो-आकार में तोड़ने के लिए पर्याप्त कतरनी प्रदान नहीं करते हैं। मनका मिलों, homogenizer के एक अन्य प्रकार, मोती (पीसने मीडिया) ही की तुलना में एक महीन कण आकार के लिए समान रूप से ठोस मिल नहीं कर सकते. पारंपरिक पीसने वाले मोतियों का औसत आकार 1,500 मिमी के बीच होता है – 35,000 मिमी। एक अन्य समस्या मिलिंग माध्यम के टूट-फूट से संदूषण है। चूंकि अल्ट्रासोनिकेटर असाधारण रूप से उच्च, अभी तक ठीक नियंत्रणीय कतरनी बल प्रदान करते हैं, अल्ट्रासाउंड कैविटेशन प्रयोगशाला (आर&डी), पायलट, और औद्योगिक सेटअप।

अल्ट्रासोनिक Homogenizing प्रक्रियाओं का स्केल-अप

जब एक प्रयोगशाला अल्ट्रासोनिक homogenizer से एक पायलट अल्ट्रासोनिकेटर के लिए स्केलिंग, और एक पायलट प्रणाली से एक पूर्ण पैमाने पर उत्पादन अल्ट्रासोनिक homogenizer करने के लिए, स्केल-अप पूरी तरह से रैखिक लागू किया जा सकता है! आयाम, दबाव, तापमान और प्रसंस्करण समय जैसे सभी महत्वपूर्ण प्रक्रिया मापदंडों को स्थिर रखा जाता है, केवल अल्ट्रासोनिक जांच की सतह क्षेत्र और जांच के ऊर्जावान आंदोलनकारी के रूप में अल्ट्रासोनिकेटर को बड़ी, अधिक शक्तिशाली इकाइयों तक बढ़ाया जाता है। अल्ट्रासोनिक समरूपता प्रक्रियाओं की रैखिक मापनीयता बड़े उत्पादन में प्रयोगशाला और पायलट सेटिंग्स के समान उच्च गुणवत्ता वाले परिणाम प्राप्त करने की अनुमति देती है।

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Hielscher Ultrasonics अल्ट्रासोनिक homogenizers के लिए अपने लंबे समय के अनुभवी साथी है। सभी Hielscher अल्ट्रासोनिकेटर जर्मनी में हमारे मुख्यालय में डिजाइन, निर्मित और परीक्षण किए जाते हैं, इससे पहले कि हम उन्हें दुनिया भर में अपने ग्राहकों को भेज दें। Hielscher अल्ट्रासोनिक homogenizers उच्च गुणवत्ता वाले उपकरणों निरंतर उच्च प्रदर्शन, विश्वसनीयता, मजबूती, और उपयोगकर्ता मित्रता द्वारा charcterized रहे हैं। अल्ट्रासोनिक homogenization प्रौद्योगिकी के तकनीकी परिष्कार Hielscher उपकरण प्रतिस्पर्धी लाभ के उपयोगकर्ताओं को दे, जो उन्हें अपने उद्योग में बाजार के नेता के लिए बनाते हैं। वाणिज्यिक प्रस्तुतियों के लिए प्रयोगशाला और बेंच-टॉप होमोजेनाइज़र, पायलट सिस्टम और पूर्ण-औद्योगिक अल्ट्रासोनिक होमोजेनाइज़र से व्यापक उत्पाद रेंज के साथ, Hielscher में आपकी आवश्यकताओं के लिए आदर्श अल्ट्रासोनिक मिश्रण प्रणाली है। कई गुना सामान आदर्श अल्ट्रासोनिक homogenizer सेटअप के लिए अनुमति देते हैं – व्यक्तिगत जरूरतों का मिलान।
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अल्ट्रासोनिक Homogenizers का उपयोग कर उच्च दक्षता

असाधारण प्रक्रिया दक्षता, उचित निवेश लागत, बहुत अधिक ऊर्जा-दक्षता और कम श्रम और रखरखाव लागत के कारण, Hielscher अल्ट्रासोनिक homogenizers पारंपरिक homogenizing तकनीकों outcompete और एक तेजी से आरओआई (निवेश पर वापसी) प्राप्त करता है। अक्सर, एक अल्ट्रासोनिक होमोजेनाइज़र कुछ महीनों के भीतर परिशोधन किया जाता है।

औद्योगिक समरूपता के लिए उच्च शक्ति अल्ट्रासाउंड

अल्ट्रासाउंड संचालित समरूपता प्रक्रियाओं में आयाम सबसे महत्वपूर्ण प्रक्रिया पैरामीटर है। सभी Hielscher अल्ट्रासोनिकेटर आयाम पर सटीक नियंत्रण की अनुमति देते हैं। प्रक्रिया लक्ष्य के आधार पर, एक कम आयाम मामूली प्रसंस्करण की स्थिति के लिए सेट किया जा सकता है या एक उच्च आयाम अधिक विनाशकारी फैलाव परिणामों के लिए चुना जाता है. Hielscher औद्योगिक sonicators बहुत उच्च आयाम वितरित कर सकते हैं। 200μm तक के आयाम आसानी से 24/7 ऑपरेशन में लगातार चलाए जा सकते हैं। यहां तक कि उच्च आयामों के लिए, अनुकूलित अल्ट्रासोनिक sonotrodes उपलब्ध हैं।

अल्ट्रासोनिक Homogenizers के लिए कम रखरखाव आवश्यकताओं

अल्ट्रासोनिक होमोजेनाइज़र न केवल साफ करना आसान है क्योंकि सोनोट्रोड और रिएक्टर एकमात्र घटक हैं जो गीले हिस्से हैं और संसाधित सामग्री के संपर्क में आते हैं। सोनोट्रोड (अल्ट्रासोनिक हॉर्न या जांच के रूप में भी जाना जाता है) और रिएक्टर क्रमशः टाइटेनियम और स्टेनलेस स्टील से बने होते हैं और छिद्र या मृत कोनों के बिना साफ ज्यामिति होती है।
एकमात्र हिस्सा जो पहनने और आंसू के अधीन है वह अल्ट्रासोनिक जांच है, जिसे ऑपरेशन में महत्वपूर्ण व्यवधान के बिना बदला जा सकता है। एक प्रयोगशाला अल्ट्रासोनिकेटर के सोनोट्रोड को लगभग 10 मिनट के भीतर बदल दिया जाता है, जबकि एक औद्योगिक अल्ट्रासोनिक होमोजेनाइज़र के सोनोट्रोड के परिवर्तन में लगभग 30-45 मिनट लग सकते हैं।

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नीचे दी गई तालिका आपको हमारे अल्ट्रासोनिकेटर की अनुमानित प्रसंस्करण क्षमता का संकेत देती है: