Ultrazvučna dezintegracija: kvašenje, otapanje, dispergiranje

Ultrazvučni integratori široko se upotrebljavaju za kvašenje, dispergiranje ili otapanje čestica i prašaka u tekućinama. Ultrazvučni uređaji visokih performansi stvaraju intenzivne smične sile koje razbijaju i drobe agregate, aglomerate i primarne čestice do mikroskopske ili nanometarske veličine. Jednolika obrada čestica u polju akustične kavitacije rezultira uskom raspodjelom veličine čestica i ujednačenom površinom čestica.

Ultrazvučni dezintegratori i njihove primjene

Ultrazvučni dezintegratori stvaraju intenzivne smične sile koje osiguravaju potreban učinak na krute tvari poput čestica, kristala i vlakana kako bi ih razorile i usitnile do ciljane veličine, npr. mikrometarske ili nanometarske. U usporedbi s alternativnim metodama dezintegracije, poput miješalica s lopaticama koje stvaraju velike smične sile, visokotlačnih homogenizatora, mlinova s kuglicama, mikrofluidizatora itd., ultrazvučni dezintegratori nude nekoliko važnih prednosti.

Prednosti ultrazvučnih dezintegratora

• Kavitacija i smicanje visokog intenziteta
• Jednolika obrada čestica
• Visoke koncentracije krutih tvari
• Bez mlaznica / bez začepljenja
• Nije potreban medij za mljevenje (tj. kuglice)
• Linearno skaliranje
• Jednostavno i sigurno rukovanje
• Jednostavno čišćenje
• Vremenska i energetska učinkovitost

 

Načelo rada ultrazvučnih dezintegratora sa sondom temelji se na stvaranju akustične kavitacije. Kroz ultrazvučnu sondu ultrazvučni valovi visokog intenziteta prenose se u procesni medij (tj. tekućinu ili suspenziju). Ultrazvučni valovi prolaze kroz tekućinu i pritom stvaraju naizmjenične cikluse visokog i niskog tlaka. Tijekom ciklusa niskog tlaka nastaju sićušni vakuumski mjehurići, takozvani kavitacijski mjehurići. Ti kavitacijski mjehurići rastu tijekom nekoliko tlačnih ciklusa dok ne dosegnu veličinu pri kojoj više ne mogu apsorbirati energiju. U tom trenutku kavitacijski mjehurići silovito implodiraju i lokalno stvaraju ekstremne uvjete poput vrlo visokih temperatura i tlakova, ekstremnih razlika u temperaturi i tlaku (zbog velikih brzina zagrijavanja / hlađenja i oscilacija tlaka), mikroturbulencija i struja tekućine brzinama do 180m/s. Ti uvjeti imaju znatne mehaničke učinke na čestice u mediju jer struje tekućine velike brzine ubrzavaju čestice u mediju tako da se one međusobno sudaraju. Uslijed međusobnih sudara čestica krute tvari (npr. čestice, vlakna, stanice) erodiraju, lome se i fragmentiraju u komadiće mikrometarske i nanometarske veličine.
Snažne turbulencije nastale sonikacijom povećavaju prijenos mase između faza i time pospješuju otapanje prašaka ili heterogene kemijske reakcije. Zbog toga su ultrazvučni dezintegratori preferirani alat za intenziviranje procesa poput mljevenja, dispergiranja, emulgiranja i otapanja.

Pročitajte više o ultrazvučnom intenziviranju kemijskih reakcija (sonokemiji)!

Primjene ultrazvučnih dezintegratora

• Mljevenje i usitnjavanje
• Deaglomeracija i dispergiranje
• Emulgiranje
• Otapanje prašaka
• Poboljšanje prijenosa mase
• Sonokemijske reakcije

Ultrazvučni dezintegratori za smanjenje veličine čestica

Ultrazvučni dezintegratori upotrebljavaju se za smanjenje veličine čestica i njihovu raspodjelu, bilo da je riječ o stvarnom usitnjavanju primarnih čestica (koje se naziva mljevenjem) ili razbijanju aglomerata (koje se naziva deaglomeracijom / dispergiranjem).

Ultrazvučni dezintegratori za mljevenje i usitnjavanje

Ultrazvučno generirana kavitacija stvara intenzivne smične sile i posljedične sudare među česticama. Krute tvari u suspenziji djeluju kao medij za mljevenje (usporediv s kuglicama u kugličnom mlinu): ubrzavaju ih struje tekućine nastale kavitacijom, koje lako postižu brzine do 180m/s. Kada se čestice sudare tako golemom brzinom, lome se i drobe u fragmente mikrometarskih i nanometarskih veličina. Ultrazvučni dezintegratori mogu razbiti čak i primarne čestice. Ultrazvučni reaktori s protočnim ćelijama osiguravaju ravnomjernu obradu svih čestica, tako da ultrazvučno mljevenje rezultira uskom raspodjelom veličine čestica.
Kliknite ovdje kako biste saznali više o ultrazvučnom mljevenju!

Ultrazvučni dezintegratori za deaglomeraciju i dispergiranje

Parametri ultrazvučnog procesa mogu se vrlo precizno kontrolirati, tako da ultrazvučni dezintegratori mogu mljeti primarne čestice pri primjeni visokih amplituda i povišenog tlaka. S druge strane, sustavi za ultrazvučnu dezintegraciju mogu raditi i pri nižim amplitudama i blažim uvjetima, tako da struktura i površina čestica ostaju netaknute, dok se aglomerati razbijaju, a pojedinačne čestice ravnomjerno raspoređuju u suspenziji.
Kliknite ovdje kako biste saznali više o ultrazvučnoj deaglomeraciji i dispergiranju!

Ultrazvučno dispergiranje pirogenog silicijeva dioksida: ultrazvučni homogenizator Hielscher UP400S brzo i učinkovito dispergira prah silicijeva dioksida u pojedinačne nanočestice.

Ultrazvučni dezintegratori za emulgiranje

Kada se dvije tekućine koje se međusobno ne miješaju (npr. voda i ulje) podvrgnu sonikaciji, ultrazvučna kavitacija razbija kapljice – stvarajući vrlo male kapljice dviju faza koje se međusobno ne miješaju, a koje se zatim zajedno miješaju. Budući da ultrazvučni dezintegratori lako stvaraju kapljice nanometarske veličine, stabilizirane ultrazvučne emulzije odlikuju se dugotrajnom stabilnošću i bistrim, prozirnim izgledom.
Kliknite ovdje kako biste pročitali više o ultrazvučnom nanoemulgiranju!

Ultrazvučni dezintegratori za otapanje

Ultrazvučni dezintegratori upotrebljavaju se za otapanje praha i tableta brzim, jednostavnim i sigurnim postupkom. Ultrazvučno generirana kavitacija erodira površinu krutih tvari i prenosi erodirane fragmente u tekućinu, čime nastaje homogena otopina.
U farmaceutskoj industriji otapanje tableta svakodnevni je zadatak, primjerice u analitičke svrhe. Kada su tablete izložene vodenoj sredini, tableta se polako otapa u vrlo dugotrajnom procesu. Čak i uz upotrebu uobičajene miješalice ili miješalice s lopaticama, potpuno otapanje tableta i dalje je dugotrajno. Ultrazvučna kavitacija i njezine iznimno intenzivne smične sile odvajaju čestice od tablete i prenose ih u sredstvo za razrjeđivanje, čime se kontinuirano održava prijenos tvari između površine tablete i svježeg, nezasićenog sredstva za razrjeđivanje. To ultrazvučno otapanje čini iznimno brzim i učinkovitim procesom koji pomaže ubrzati otapanje lijekova.
Kliknite ovdje kako biste pročitali više o ultrazvučnom otapanju!

Otapanje je jedna od mnogih primjena ultrazvuka velike snage. Videozapis prikazuje brzo otapanje bombona Jellybabies u vodi uređajem Hielscher UP200St.

Kako radi mehanički dezintegrator?

Laboratorijski ultrazvučni dezintegratori koriste isto mehaničko načelo kao i industrijski dezintegratori. Sustavi za miješanje s dezintegratorima razgrađuju aglomerate i agregate, otapaju čvrstu tvar ili dispergiraju čvrste čestice u tekućim smjesama. Ultrazvučna dezintegracija uključuje ultrazvučnu sondu visokog intenziteta u šaržnom spremniku ili u linijskom reaktoru s protočnom ćelijom. Sonda (sonotroda) ultrazvučnog dezintegratora vibrira u tekućini vrlo visokom frekvencijom i stvara intenzivnu ultrazvučnu kavitaciju u tekućini. Svaki kolaps kavitacijskog mjehurića stvara snažne smične sile koje razbijaju aglomerate, agregate, pa čak i primarne čestice. Ultrazvučna kavitacija također stvara kavitacijska strujanja velike brzine, do 1000km/h. Kavitacijski mlazovi tekućine udaraju u aglomerate čestica, razaraju stanične stijenke, poboljšavaju prijenos tvari unutar suspenzije i dispergiraju čvrste tvari po cijelom volumenu tekućine. U ultrazvučnom kavitacijskom polju tlakovi se brzo i opetovano izmjenjuju između vakuuma i do 1000bar. Rotacijska miješalica s 4 lopatice morala bi raditi pri nevjerojatnih 300.000 okretaja u minuti kako bi postigla istu frekvenciju izmjeničnih tlačnih ciklusa. Konvencionalne rotacijske miješalice i miješalice s rotorom i statorom ne stvaraju značajnu količinu kavitacije zbog ograničene brzine.

Zanima vas sinteza nanočestica pristupom odozdo prema gore? – Kliknite ovdje i saznajte više!

Laboratorijski ultrazvučni dezintegratori

Ultrazvučni uređaji sa sondom vrlo su koristan alat u svakom laboratoriju. Ultrazvučna sonda (poznata i kao sonotroda) titanijeva je šipka jednostavne geometrije koja se lako čisti i prenosi ultrazvučne vibracije u tekućinu. Hielscher proizvodi ultrazvučne sonde i vrhove u širokom rasponu veličina. Za najčešće postupke dezintegracije čvrstih tvari u laboratoriju vrlo su korisne ultrazvučne sonde s promjerom vrha od 3, 7, 14 ili 22mm. Dostupne su i druge veličine sondi te ultrazvučne sonde prilagođenih dimenzija. Tipični ultrazvučni uređaji za laboratorijsku dezintegraciju imaju ultrazvučnu snagu od 100 do 400 vata.

Industrijski ultrazvučni dezintegratori

Industrijski dezintegratori Hielscher ultrazvučni su procesori velike snage namijenjeni kontinuiranoj dezintegraciji velikih tokova suspenzije pri velikim opterećenjima. Ovi industrijski sustavi lako obrađuju visoke koncentracije čvrstih tvari. Industrijske ultrazvučne sonde opremljene su prirubnicom koja se može montirati na čelične spremnike, staklene reaktore ili plastične posude u bilo kojem položaju. Povećanje tlaka u posudi za sonikaciju ili protočnoj ćeliji pojačava akustičku kavitaciju, a time i proces sonikacije. Tipična industrijska oprema za ultrazvučnu dezintegraciju ima ultrazvučnu snagu od 1000 do 16.000 vata po sonotrodi.

Industrije u kojima je ultrazvučna dezintegracija široko zastupljena:

• Dispergiranje, otapanje i miješanje formulacija čvrsto/tekuće
• Znanost o materijalima
• Priprema uzoraka prije analize
• Primjene nanočestica
• Funkcionalizacija čestica
• Reakcije s prijenosom između faza
• Kristalizacija / Taloženje
• Prerada hrane
• Industrija papira
• Razgradnja biomase

Kako kupiti odgovarajući ultrazvučni dezintegrator?

Hielscher Ultrasonics proizvođač je s dugogodišnjim iskustvom u proizvodnji ultrazvučnih dezintegratora visokih performansi koji se koriste za dispergiranje i razbijanje čestica ili za otapanje prašaka u tekućinama. Kao tržišni lider, Hielscher projektira, proizvodi i distribuira ultrazvučne dezintegratore i homogenizatore, od laboratorijskih i stolnih uređaja do sustava punog industrijskog mjerila.

Pomažemo vam odgovoriti na sljedeća pitanja kako biste pronašli najprikladniji ultrazvučni dezintegrator za svoju primjenu i potrebe:

• Koja je vaša ciljana primjena?
• Koji je tipični volumen koji treba obraditi?
• Koji su ključni čimbenici procesa?
• Koje standarde kvalitete treba postići?

Naše dobro osposobljeno i iskusno osoblje pomoći će vam sa svim pitanjima i pri osmišljavanju vašeg procesa. Hielscher Ultrasonics nudi detaljno savjetovanje o ultrazvučnim procesima kako bi našim kupcima pomogao pronaći optimalan ultrazvučni uređaj. No usluge tvrtke Hielscher tu ne završavaju: kupce obučavamo u njihovim prostorima ili u našem laboratoriju za ultrazvučne procese i tehničkom centru kako bismo im pomogli tijekom razvoja, optimizacije i povećanja opsega procesa.
Industrijski ultrazvučni procesori tvrtke Hielscher Ultrasonics lako postižu vrlo visoke amplitude, potrebne za razbijanje tvrdih čestica i aglomerata ili za obradu suspenzija s visokom koncentracijom krutih tvari. Industrijski dezintegratori Hielscher mogu neprekidno raditi s amplitudama do 200µm u režimu rada 24/7. Za još više amplitude dostupne su prilagođene ultrazvučne sonotrode. Dodatna oprema poput pojačivača amplitude, protočnih ćelija, reaktora za sonikaciju i cjelovitih recirkulacijskih sustava lako je dostupna i omogućuje konfiguriranje vašeg ultrazvučnog sustava prema zahtjevima vašeg procesa.

Napredni ultrazvučni dezintegratori i uređaji za otapanje

Hielscher Ultrasonics usredotočuje se na dezintegratore visokih performansi s najvećom jednostavnošću uporabe i najsuvremenijim tehničkim dostignućima. To znači da se standardi laboratorijskih dezintegratora Hielscher sve više prilagođavaju inteligenciji industrijskih strojeva. Korisnik može daljinski upravljati digitalnim ultrazvučnim uređajima Hielscher putem preglednika. Softver za automatsko bilježenje podataka zapisuje sve važne ultrazvučne parametre, kao što su neto snaga, ukupna snaga, amplituda, temperatura, tlak, vrijeme i datum, u CSV datoteku na ugrađenoj SD kartici. Nadalje, ultrazvučni dezintegrator može se programirati za automatsko isključivanje nakon određenog vremena ili određenog unosa energije, a mogu se programirati i pulsni načini sonikacije. Priključivi senzori temperature i tlaka omogućuju pažljivo praćenje uvjeta u uzorku. Budući da je regulacija temperature materijala osjetljivih na toplinu ključan čimbenik kvalitete rezultata procesa, Hielscher nudi razna rješenja za održavanje procesne temperature u ciljanom temperaturnom rasponu.
Napredne funkcije ultrazvučnih uređaja Hielscher osiguravaju najvišu razinu kontrole procesa, pouzdane i ponovljive rezultate sonikacije, jednostavnost uporabe i udobnost pri radu.
Industrijski ultrazvučni procesori tvrtke Hielscher Ultrasonics mogu postići vrlo visoke amplitude. Amplitude do 200µm lako se mogu neprekidno održavati u režimu rada 24/7. Za još više amplitude dostupne su prilagođene ultrazvučne sonotrode. Mogućnost rada pri tako visokim amplitudama omogućuje našim kupcima učinkovito mljevenje primarnih čestica do nanoveličine. Robusnost ultrazvučne opreme Hielscher omogućuje rad 24/7 pri velikim opterećenjima i u zahtjevnim okruženjima.
Pročitajte više o ultrazvučnom otapanju i uređajima za otapanje!

Kvaliteta – proizvedeno u Njemačkoj

Kao tvrtka u obiteljskom vlasništvu kojom upravlja obitelj, Hielscher se ponosi visokom kvalitetom svojih ultrazvučnih procesora. Svi ultrazvučni uređaji projektiraju se, proizvode i ispituju u našem sjedištu u Teltowu pokraj Berlina u Njemačkoj. Robusnost ultrazvučne opreme Hielscher omogućuje rad 24/7 pri velikim opterećenjima i u zahtjevnim okruženjima.

Ultrazvučne dezintegratore Hielscher možete kupiti u svim različitim veličinama, a raspon cijena nudi pristupačan ultrazvučni uređaj koji odgovara vašem proračunu. Od dezintegracije čestica u malim laboratorijskim bočicama do dezintegracije suspenzija u kontinuiranom protoku u industrijskoj proizvodnji, Hielscher Ultrasonics ima prikladan dezintegrator za vas! Obratite nam se – rado ćemo vam preporučiti najprikladniji ultrazvučni uređaj!
Tablica u nastavku daje vam uvid u približan kapacitet obrade naših ultrazvučnih uređaja: