Homogenizers मिक्सर का एक प्रकार है, जो मिश्रण, emulsify, फैलाने, और तरल-तरल और ठोस तरल प्रणालियों को भंग करने के लिए यांत्रिक बलों को लागू करते हैं। homogenizer मॉडल घूर्णी कतरनी के आधार पर, नलिका या उच्च शक्ति अल्ट्रासाउंड विघटित करने के लिए आवश्यक बलों को बनाने के लिए उपयोग किया जाता है और ठोस कणों के रूप में अच्छी तरह से तरल बूंदों को तोड़ने के लिए। homogenizer उपकरणों और अनुसंधान और उत्पादन में उनके अनुप्रयोगों के बारे में अधिक जानें!

Homogenizer क्या है?

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

विभिन्न Homogenizer प्रकार पर सिंहावलोकन

विभिन्न homogenizer प्रकार बेंच-टॉप और औद्योगिक बड़े पैमाने पर उत्पादन में उपयोग के लिए व्यावसायिक रूप से उपलब्ध हैं। हालांकि रोटर / स्टेटर (कोलाइड) मिक्सर, उच्च दबाव homogenizers, और अल्ट्रासोनिक homogenizers सबसे व्यापक रूप से इस्तेमाल मॉडल हैं।
प्ररित करनेवाला या ब्लेड मिक्सर एक कताई ब्लेड है, जो मिश्रण पोत के तल पर उच्च गति से घूमता है जिससे विभिन्न सामग्रियों को सजातीय मिश्रण में संयोजित किया जाता है।
के नाम के रूप में रोटर पहले से ही तात्पर्य है, एक रोटर / स्टेटर मिक्सर में एक रोटर और एक स्टेटर घटक होता है। रोटर एक धातु शाफ्ट है जो स्टेटर के भीतर उच्च गति से घूमता है। स्टेटर धातु का वह हिस्सा है जो स्थिर रहता है। रोटर का घूर्णन एक सक्शन प्रभाव बनाता है जो स्टेटर और रोटर के बीच ठोस-तरल सामग्री को स्थानांतरित करता है, जहां ठोस छोटे कण आकार में कम हो जाते हैं।
के कार्य सिद्धांत उच्च दबाव homogenizer (HPH) 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 से 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 प्रसंस्करण करते समय, एचपीएच को अवरुद्ध करने की संभावना होती है।
अल्ट्रासोनिक homogenizers ध्वनिक cavitation, जो उन्हें अन्य homogenizing तकनीकों पर विभिन्न लाभ देता है द्वारा उत्पन्न उच्च कतरनी बलों का उपयोग करें. अल्ट्रासोनिक homogenization के काम सिद्धांत और लाभ नीचे प्रस्तुत कर रहे हैं।

Homogenizing बल के रूप में उच्च शक्ति अल्ट्रासाउंड

एक अल्ट्रासोनिक homogenizer उच्च तीव्रता अल्ट्रासोनिक कंपन और cavitation का उपयोग करता है बहुत तीव्र कतरनी बलों बनाने के लिए और इसलिए एक सुपर तीव्र उच्च कतरनी मिक्सर कहा जा सकता है। सुपर-तीव्र उच्च-कतरनी बलों के पीछे का रहस्य ध्वनिक cavitation है, जो उच्च शक्ति अल्ट्रासाउंड तरंगों द्वारा उत्पन्न होता है। एक अल्ट्रासोनिक homogenizer एक जनरेटर है, जो बिजली की आपूर्ति और नियंत्रण इकाई है, और एक ट्रांसड्यूसर 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 अपने आकार और आकार को बदलते हैं। जब इलेक्ट्रॉनिक थरथरानवाला की आवृत्ति पीजोइलेक्ट्रिक क्वार्ट्ज की प्राकृतिक आवृत्ति के बराबर होती है, तो अनुनाद होता है। अनुनाद स्थितियों के तहत, क्वार्ट्ज बड़े आयाम के अनुदैर्ध्य अल्ट्रासोनिक तरंगों का उत्पादन करता है।
उत्पन्न अल्ट्रासाउंड तरंगों तो अल्ट्रासोनिक जांच (sonotrode / सींग) प्रक्रिया माध्यम में के माध्यम से युग्मित कर रहे हैं. अल्ट्रासोनिक जांच में आयाम अल्ट्रासाउंड तरंगों की तीव्रता निर्धारित करता है, जो तरल या घोल में प्रेषित होते हैं। अल्ट्रासोनिक तरंगों तरल मीडिया में बारी-बारी से उच्च दबाव और कम दबाव चक्र उत्पन्न करते हैं। कम दबाव चक्र के दौरान, उच्च तीव्रता अल्ट्रासोनिक तरंगों तरल में छोटे वैक्यूम बुलबुले का उत्पादन। उच्च दबाव चक्र के दौरान, छोटे वैक्यूम बुलबुले विनाशकारी रूप से ढह जाते हैं। इस घटना को cavitation कहा जाता है। cavitation बुलबुले के implosion भी 280 मीटर / सेकंड तक की एक उच्च गति के साथ तरल जेट उत्पन्न कर सकते हैं, शक्तिशाली कतरनी बलों में जिसके परिणामस्वरूप। कतरनी बल कणों को तोड़ते हैं, अंतर-कण टकराव का कारण बनते हैं और बूंदों और कोशिकाओं को यांत्रिक रूप से बाधित करते हैं, एक ही समय में एक अत्यधिक कुशल द्रव्यमान हस्तांतरण को बढ़ावा देते हैं। ये cavitational बलों एक समान और सजातीय dispersions, इमल्शन और निलंबन का उत्पादन और भी रासायनिक प्रतिक्रियाओं (तथाकथित sonochemistry) को बढ़ावा देने के लिए जाना जाता है।

ध्वनिक cavitation (उच्च शक्ति अल्ट्रासाउंड द्वारा उत्पन्न) स्थानीय रूप से चरम स्थितियों, तथाकथित sonomechanical और sonochemical प्रभाव बनाता है। इन प्रभावों के कारण, sonication ठोस और तरल कणों को कम कर देता है और उन्हें एक सजातीय सूत्रीकरण में मिश्रित करता है।

अल्ट्रासोनिक homogenizers – लाभ

अल्ट्रासोनिक homogenizers बेहतर हैं, जब यह ठोस तरल (तथाकथित slurries) और तरल तरल निलंबन और समाधान के उत्पादन के लिए आता है। चूंकि ultrasonicators अल्ट्रासोनिक cavitation के काम सिद्धांत का उपयोग करते हैं, सामग्री गीला या एक गीले चरण में होना चाहिए, क्योंकि cavitation केवल तरल में होता है। इसका मतलब है कि एक ultrasonicator एक सूखे पाउडर मिश्रण में बहुत कुशल नहीं होगा, लेकिन जैसे ही पाउडर गीला हो जाता है, sonication सम्मिश्रण के लिए सबसे कुशल तरीका है। अल्ट्रासोनिक homogenizers अच्छी तरह से मज़बूती से मिश्रण, मिश्रण और भी पेस्ट और अत्यधिक चिपचिपा सामग्री तितर-बितर करने के लिए जाना जाता है। cavitation बुलबुले के implosion के कारण असाधारण तीव्र बलों न केवल बहुत शक्तिशाली उच्च कतरनी बलों, लेकिन यह भी स्थानीय रूप से उच्च तापमान और दबाव के रूप में अच्छी तरह से संबंधित differentials सीमित बनाता है। भौतिक बलों के ये संयोजन कणों को पारंपरिक होमोजेनाइज़र की तुलना में बहुत छोटे आकारों में बाधित करते हैं। इसलिए, अल्ट्रासोनिक homogenizers नैनो आकार के इमल्शन और dispersions के विश्वसनीय उत्पादन के लिए पसंदीदा उपकरण हैं।

अल्ट्रासोनिक Homogenizers के अनुप्रयोगों

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

अल्ट्रासोनिक Emulsification

इमल्सीफिकेशन एक स्थिर या अर्धस्थिर मिश्रण तैयार करने के लिए दो या दो से अधिक immiscible 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 (surfactant / co-surfactant) जोड़ा जाता है। एक इमल्शन की बूंद का आकार एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है जब यह एक पायस की कार्यक्षमता और स्थिरता की बात आती है। चूंकि पावर-अल्ट्रासाउंड सोनोमैकेनिकल बलों को बनाता है, जो बूंदों को तोड़ता है और उन्हें मिनट की बूंदों तक कम कर देता है, इसलिए sonication माइक्रोन- और नैनो-इमल्शन के उत्पादन के लिए एक बहुत ही लोकप्रिय तरीका है। अल्ट्रासोनिक homogenizers ओ / डब्ल्यू और डब्ल्यू / ओ इमल्शन, व्युत्क्रम इमल्शन, डबल इमल्शन (ओ / डब्ल्यू / ओ, डब्ल्यू / ओ / डब्ल्यू), मिनी इमल्शन के साथ-साथ पिकरिंग इमल्शन के उत्पादन के लिए एक विश्वसनीय उपकरण हैं। इस लचीलेपन और विश्वसनीय emulsifying क्षमता के आधार पर, अल्ट्रासोनिक homogenizers (कभी कभी अल्ट्रासोनिक पायसीकारकों भी कहा जाता है जब emulsification के लिए इस्तेमाल किया जाता है) का उपयोग किया जाता है उदाहरण के लिए, रासायनिक, खाद्य, दवा, और ईंधन उद्योग में दीर्घकालिक स्थिर इमल्शन का उत्पादन करने के लिए।
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अल्ट्रासोनिक फैलाव

अल्ट्रासोनिक homogenizers बहुत प्रभावी हैं जब कण agglomerates, समुच्चय और यहां तक कि प्राथमिक कणों को मज़बूती से आकार में कम किया जाना चाहिए। अल्ट्रासोनिक homogenizers का लाभ छोटे और अधिक समान कणों के आकार के लिए कणों को नीचे चक्की करने की उनकी क्षमता है, चाहे माइक्रोन- या नैनो-कणों को प्रक्रिया परिणाम के रूप में लक्षित किया जाता है। Cavitational कतरनी बलों और तरल धाराओं कणों में तेजी लाने के लिए ताकि वे एक दूसरे के साथ टकराने. इसे इंटरपार्टिकल टक्कर के रूप में जाना जाता है। कण स्वयं मिलिंग माध्यम के रूप में कार्य करते हैं, जो मोतियों को पीसकर संदूषण से बचाता है और बाद की पृथक्करण प्रक्रिया, जो पारंपरिक मनका मिलों का उपयोग किए जाने पर आवश्यक है। चूंकि कण 280 मीटर / सेकंड तक की बहुत उच्च गति से इंटरपार्टिकल टक्कर द्वारा संघर्ष करते हैं, इसलिए असाधारण रूप से उच्च बल कणों पर लागू होते हैं, जो इसलिए मिनट के अंशों में बिखर जाते हैं। घर्षण और क्षरण उन कण टुकड़ों को एक पॉलिश सतह और समान रूप से आकार का रूप देते हैं। कतरनी बलों और interparticle टक्कर के संयोजन अल्ट्रासोनिक homogenization और फैलाव लाभप्रद बढ़त अत्यधिक सजातीय कोलाइडल निलंबन और dispersions देने दे!
नीचे दिए गए चित्र अनुक्रम ग्रेफाइट गुच्छे पर अल्ट्रासाउंड के cavitational बलों को दर्शाता है।

पानी में ग्रेफाइट फ्लेक के सोनो-यांत्रिक छूटावण को दर्शाते हुए फ्रेम का एक उच्च गति अनुक्रम (एक से एफ तक) UP200S, एक 200W अल्ट्रासोनिकेटर 3 मिमी sonotrode के साथ. तीर विभाजन (एक्सफोलिएशन) के स्थान को cavitation बुलबुले विभाजन भेद भेद के साथ दिखाने के लिए.
© तायुर्निना एट अल 2020 (CC BY-NC-ND 4.0)

Nanomaterials के फैलाव और Homogenization

दोनों के लिए, इमल्शन और फैलाव, नैनो आकार के मिश्रण की तैयारी एक चुनौतीपूर्ण कार्य है। ब्लेड मिक्सर, मनका मिलों, उच्च दबाव वाले होमोजेनाइज़र और अन्य मिक्सर जैसे अधिकांश पारंपरिक समरूपता और सम्मिश्रण तकनीक माइक्रोन-आकार के कणों का उत्पादन करने में सक्षम हैं, लेकिन वे नैनो-आकार तक बूंदों और ठोस पदार्थों को मज़बूती से तोड़ नहीं सकते हैं। यह ज्यादातर अपर्याप्त तीव्रता के कारण होता है। उदाहरण के लिए, ब्लेड मिक्सर नैनो-आकार के कणों को तोड़ने के लिए पर्याप्त कतरनी प्रदान नहीं करते हैं। मनका मिलों, homogenizer का एक और प्रकार, मोतियों (पीस मीडिया) की तुलना में एक महीन कण आकार के लिए समान रूप से ठोस चक्की नहीं कर सकता है। पारंपरिक पीस मोतियों का औसत आकार 1,500 मिमी के बीच होता है – 35,000 मिमी। एक और समस्या मिलिंग माध्यम के पहनने और आंसू द्वारा संदूषण है। चूंकि ultrasonicators असाधारण रूप से उच्च प्रदान करते हैं, फिर भी सटीक रूप से नियंत्रणीय कतरनी बल, अल्ट्रासाउंड cavitation नैनो-फैलाव और नैनो-इमल्शन के विश्वसनीय उत्पादन के लिए पसंदीदा तकनीक है प्रयोगशाला में (आर)&डी), पायलट, और औद्योगिक सेटअप।

अल्ट्रासोनिक Homogenizing प्रक्रियाओं के स्केल-अप

जब एक पायलट ultrasonicator करने के लिए एक प्रयोगशाला अल्ट्रासोनिक homogenizer से 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 के सतह क्षेत्र और जांच के ऊर्जावान आंदोलनकारी के रूप में ultrasonicator को बड़े, अधिक शक्तिशाली इकाइयों के लिए स्केल किया जाता है। अल्ट्रासोनिक homogenization प्रक्रियाओं के रैखिक scalability प्रयोगशाला और पायलट सेटिंग्स में के रूप में एक ही उच्च गुणवत्ता वाले परिणाम बड़े उत्पादन में प्राप्त करने के लिए अनुमति देता है।

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अल्ट्रासोनिक Homogenizers के साथ उच्च दक्षता

असाधारण प्रक्रिया दक्षता, उचित निवेश लागत, बहुत उच्च ऊर्जा दक्षता और कम श्रम और रखरखाव लागत के कारण, Hielscher अल्ट्रासोनिक homogenizers पारंपरिक homogenizing तकनीकों outcompete और एक तेजी से RoI (निवेश पर वापसी) प्राप्त करता है। अक्सर, एक अल्ट्रासोनिक homogenizer कुछ महीनों के भीतर परिशोधित है।

औद्योगिक homogenization के लिए उच्च शक्ति अल्ट्रासाउंड

आयाम अल्ट्रासाउंड-संचालित homogenization प्रक्रियाओं में सबसे महत्वपूर्ण प्रक्रिया पैरामीटर है। सभी Hielscher ultrasonicators आयाम पर सटीक नियंत्रण की अनुमति देते हैं। प्रक्रिया लक्ष्य के आधार पर, हल्के प्रसंस्करण स्थितियों के लिए एक कम आयाम सेट किया जा सकता है या अधिक विनाशकारी फैलाव परिणामों के लिए एक उच्च आयाम चुना जाता है। Hielscher Ultrasonics’ औद्योगिक अल्ट्रासोनिक प्रोसेसर बहुत उच्च आयाम प्रदान कर सकते हैं। 200μm तक के आयामों को 24/7 ऑपरेशन में आसानी से लगातार चलाया जा सकता है। यहां तक कि उच्च आयामों के लिए, अनुकूलित अल्ट्रासोनिक सोनोटरोड उपलब्ध हैं।

अल्ट्रासोनिक Homogenizers के लिए कम रखरखाव आवश्यकताओं

अल्ट्रासोनिक homogenizers न केवल साफ करने के लिए आसान के बाद से sonotrode और रिएक्टर ही घटकों जो गीले भागों रहे हैं और संसाधित सामग्री के साथ संपर्क में मिलता है रहे हैं. Sonotrode (अल्ट्रासोनिक सींग या जांच के रूप में भी जाना जाता है) और रिएक्टर टाइटेनियम और स्टेनलेस स्टील से बने होते हैं, क्रमशः और छिद्रों या मृत कोनों के बिना साफ ज्यामिति है।
एकमात्र हिस्सा जो पहनने और आंसू के अधीन है, वह अल्ट्रासोनिक जांच है, जिसे ऑपरेशन में महत्वपूर्ण व्यवधान के बिना प्रतिस्थापित किया जा सकता है। एक प्रयोगशाला ultrasonicator के sonotrode लगभग 10 मिनट के भीतर बदल दिया जाता है, whilst एक औद्योगिक अल्ट्रासोनिक homogenizer के एक sonotrode के परिवर्तन लगभग 30-45 मिनट लग सकता है।

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