Miješanje s visokim smicanjem pomoću ultrazvuka
Miješalice s visokim smicanjem djeluju snažnim smičnim silama na tekućine i suspenzije kako bi osigurale ravnomjerno dispergiranje, miješanje i emulgiranje dviju ili više faza tekućina–krutina ili tekućina–tekućina. Ultrazvučna obrada stvara snažne smične sile putem akustične kavitacije, koja nastaje kada se ultrazvuk velike snage prenosi u tekućine. Ultrazvučne miješalice s visokim smicanjem vrhunska su tehnologija miješanja koja lako nadmašuje uobičajene lopatične miješalice s visokim smicanjem, višeosovinske miješalice, visokotlačne homogenizatore, koloidne mlinove i lopatična miješala.
Prednosti ultrazvučnih miješalica s visokim smicanjem
Ultrazvučne miješalice s visokim smicanjem dostupne su u rasponu od laboratorijskih homogenizatora snage 50W do industrijskih sustava za miješanje snage 16.000W. Širok asortiman laboratorijskih, stolnih i industrijskih ultrazvučnih miješalica s visokim smicanjem omogućuje odabir idealne ultrazvučne miješalice s visokim smicanjem za vašu primjenu i opseg proizvodnje.
Visoke amplitude na ultrazvučnoj sondi stvaraju intenzivnu kavitaciju s brzim strujama tekućine i složenim turbulencijama. Intenzivno hidrauličko i mehaničko smicanje nastalo djelovanjem ultrazvuka smanjuje čestice i kapljice na mikrometarske i nanometarske veličine. Budući da se procesni parametri sonikacije mogu precizno kontrolirati i podešavati, učinak miješanja, mljevenja ili dispergiranja može se precizno prilagoditi materijalu i cilju procesa. Ultrazvučne miješalice s visokim smicanjem skraćuju vrijeme miješanja / mljevenja i pouzdano proizvode fine i ultrafine disperzije.
Ultrazvučna miješalica može se upotrebljavati za šaržne i linijske protočne procese. Raznovrsne ultrazvučne protočne ćelije i reaktori omogućuju miješanje struja vrlo različitih protoka i viskoznosti. Ultrazvučna miješalica s visokim smicanjem može obrađivati vrlo visoke koncentracije krutih tvari, a čak ni vrlo abrazivne čestice ne predstavljaju problem.
Kako funkcionira miješanje s visokim smicanjem pomoću sonikacije?
Ultrazvučne miješalice s visokim smicanjem primjenjuju isti mehanički princip kao industrijski sustavi za miješanje poput lopatičnih miješalica s visokim smicanjem, višeosovinskih miješalica, koloidnih mlinova, visokotlačnih homogenizatora i sustava s lopatičnim miješalima. Ultrazvučni sustavi za miješanje upotrebljavaju se za dispergiranje i mljevenje čestica, emulgiranje uljnih i vodenih faza, otapanje krutih tvari te proizvodnju homogenih smjesa svih vrsta materijala u tekućinama i suspenzijama. Ultrazvučne miješalice sa smičnim djelovanjem imaju ultrazvučnu sondu ugrađenu u posudu za miješanje, primjerice u šaržni spremnik ili protočnu ćeliju. Sonda ultrazvučnog dezintegratora vibrira u tekućini pri vrlo visokoj frekvenciji i stvara intenzivnu ultrazvučnu kavitaciju u tekućini. Kolaps kavitacijskih mjehurića stvara snažne smične sile koje razaraju i razbijaju kapljice, aglomerate, agregate, pa čak i primarne čestice. Budući da ultrazvučna kavitacija stvara kavitacijsko strujanje velikom brzinom do 1000km/h, kavitacijski mlazovi tekućine ubrzavaju čestice. Kada se ubrzane čestice međusobno sudaraju, djeluju kao sredstva za mljevenje. Čestice koje se sudaraju zatim se lome i smanjuju na mikrometarske ili nanometarske veličine. U ultrazvučnom kavitacijskom polju tlakovi se brzo i opetovano izmjenjuju između vakuuma i vrijednosti do 1000bar. Rotacijska miješalica s 4 lopatice morala bi raditi pri nevjerojatnih 300.000 RPM kako bi postigla istu frekvenciju izmjeničnih ciklusa tlaka. Konvencionalne rotacijske miješalice i miješalice s rotorom i statorom ne stvaraju značajnu količinu kavitacije zbog ograničene brzine.
Ultrazvučna miješalica s visokim smicanjem UIP2000hdT, snažna jedinica za miješanje snage 2kW
Savjet za obradu: ultrazvučno miješanje pod tlakom
Primjena tlaka u ultrazvučnom reaktoru ili protočnoj ćeliji pojačava akustičnu kavitaciju. Hielscher Ultrasonics isporučuje različite vrste protočnih ćelija i reaktora u kojima se lako može uspostaviti tlak do 5 barg. Prilagođeni ultrazvučni reaktori mogu podnijeti više tlakove do 300barg.
Ultrazvučne miješalice s visokim smicanjem i njihove primjene
Ultrazvučne miješalice s visokim smičnim silama stvaraju intenzivne smične sile koje djeluju na čestice poput krutih tvari, kapljica, kristala i vlakana kako bi ih razorile i usitnile do ciljane veličine, koja može biti u mikrometarskom ili nanometarskom rasponu. Ovisno o tvrdoći i krhkosti materijala, parametri ultrazvučnog procesa mogu se precizno prilagoditi kako bi se postigao željeni rezultat miješanja. U usporedbi s alternativnim metodama miješanja, poput lopatičnih miješalica s visokim smičnim silama, visokotlačnih homogenizatora, koloidnih mlinova / mlinova s kuglicama, osovinskih miješalica itd., ultrazvučni dezintegratori nude nekoliko značajnih prednosti.
Prednosti ultrazvučnih miješalica s visokim smičnim silama
- Kavitacija i smicanje visokog intenziteta
- Jednolika obrada čestica
- Visoke koncentracije krutih tvari
- Bez mlaznica / bez začepljenja
- Nije potreban medij za mljevenje (tj. kuglice)
- Linearno povećanje mjerila
- Jednostavan i siguran rad
- Jednostavno čišćenje
- Vremenska i energetska učinkovitost
Ultrazvučne miješalice s visokim smičnim silama za smanjenje veličine čestica
Ultrazvučni dezintegratori upotrebljavaju se za smanjenje veličine čestica i raspodjelu čestica, bilo da je riječ o stvarnom usitnjavanju primarnih čestica (koje se naziva mljevenjem) ili razbijanju aglomerata (koje se naziva deaglomeracijom / dispergiranjem).
Pročitajte više o ultrazvučnom mljevenju i dispergiranju čestica!
Ultrazvučne miješalice s visokim smičnim silama za emulgiranje
Kada se dvije tekućine koje se međusobno ne miješaju (npr. voda i ulje) podvrgnu sonikaciji ultrazvučnom miješalicom sa sondom, ultrazvučna kavitacija razbija kapljice – stvarajući vrlo sitne kapljice dviju faza koje se međusobno ne miješaju, a koje se zatim miješaju zajedno. Budući da ultrazvučne miješalice s visokim smičnim silama lako stvaraju kapljice nanometarske veličine, stabilizirane ultrazvučne emulzije pokazuju dugotrajnu stabilnost i bistar, proziran izgled.
Budući da svaka vrsta emulzije ima svoj specifični prag emulgiranja / smicanja, pri kojem se postižu optimalna veličina i svojstva kapljica, precizna prilagodba parametara miješanja ključna je. Dok preslabo smicanje rezultira prevelikim kapljicama, koje se brzo stapaju i dovode do razdvajanja faza, prejako smicanje može uništiti proizvod. Ultrazvučnim miješalicama s visokim smičnim silama može se precizno upravljati i prilagođavati ih potrebama procesa.
Kliknite ovdje kako biste pročitali više o ultrazvučnom nanoemulgiranju!
Ultrazvučna miješalica s visokim smičnim silama UP200Ht za emulgiranje
Ultrazvučne miješalice s visokim smičnim silama za miješanje i otapanje
Ultrazvučne miješalice s visokim smičnim silama upotrebljavaju se za miješanje, mljevenje, dispergiranje i otapanje čestica poput prahova, pigmenata i vlakana u brzom, pouzdanom i jednostavnom procesu. Ultrazvučno stvorena kavitacija povećava prijenos tvari između krutih tvari i tekućine. Ultrazvučna kavitacija snažno djeluje na krute čestice: kavitacijska strujanja tekućine erodiraju površinu krutih tvari i prenose erodirane fragmente u tekućinu, čime nastaje homogena suspenzija.
Kliknite ovdje kako biste pročitali više o ultrazvučnom otapanju!
Primjene ultrazvučnih miješalica s visokim smičnim silama
- Mljevenje i usitnjavanje
- Deaglomeracija i dispergiranje
- Emulgiranje
- Otapanje prahova
- Poboljšanje prijenosa tvari
- Sonokemijske reakcije
Sustav SonoStation – ultrazvučni sustav s 2x 2kW ultrazvučnim uređajima, spremnikom s miješalicom i pumpom – jednostavan je za upotrebu pri miješanju, mljevenju i dispergiranju.
Miješalice s visokim smičnim silama svih veličina
Hielscher Ultrasonics projektira, proizvodi i distribuira visokoučinkovite miješalice s visokim smičnim silama, od kompaktnog, ali snažnog laboratorijskog uređaja do pilotnih i industrijskih miješalica s visokim smičnim silama za obradu tokova velikog volumena na razini komercijalne proizvodnje.
Miješalice s visokim smičnim silama za laboratorij
Ultrazvučne miješalice sa sondom uhodani su alati u svakom laboratoriju. Budući da se ultrazvučni procesi mogu linearno povećati na velike volumene, Hielscher ultrazvučne miješalice s visokim smičnim silama idealne su za razvoj i optimizaciju vašeg procesa u malom mjerilu. Nakon utvrđivanja optimalnih parametara procesa, vaša se primjena miješanja može linearno povećati na pilotnu i masovnu proizvodnju.
Hielscher nudi ultrazvučne miješalice s visokim smičnim silama za rad u laboratorijskom mjerilu s rasponom ultrazvučne snage miješanja od 50 do 400 vata.
Miješalice s visokim smicanjem za industriju
Industrijske miješalice s visokim smicanjem Hielscher ultrazvučni su procesori velike snage namijenjeni mljevenju, dispergiranju, emulgiranju i miješanju velikih tokova suspenzija u zahtjevnim radnim uvjetima. Ove industrijske miješalice lako obrađuju visoke koncentracije krutih tvari i abrazivne čestice. Sonde (sonotrode) industrijskih ultrazvučnih miješalica s visokim smicanjem opremljene su prirubnicom kako bi se miješalica mogla ugraditi u čelične spremnike, staklene posude ili plastične spremnike u bilo kojoj orijentaciji. To omogućuje stavljanje posude za sonikaciju pod tlak. Primjenom tlaka u ultrazvučnoj posudi ili protočnoj ćeliji pojačava se akustična kavitacija, a time i postupak ultrazvučnog miješanja. Hielscher Ultrasonics nudi industrijske miješalice s visokim smicanjem snage od 500 do 16.000 vata. Modelom UIP16000 Hielscher nudi najsnažniju ultrazvučnu miješalicu s visokim smicanjem na svijetu.
Visokoviskozni materijali? – Nema problema! Svi stolni i industrijski ultrazvučni procesori Hielscher mogu lako obrađivati viskozne suspenzije viskoznosti do 250.000 centipoaza. Za viskoznosti veće od 2.000 cPs preporučujemo upotrebu protočnih ćelija u kombinaciji s ekscentričnim pužnim pumpama radi boljeg prijenosa ultrazvučnih valova u fluid.
Kako pronaći odgovarajuću ultrazvučnu miješalicu s visokim smicanjem?
Hielscher Ultrasonics proizvođač je s dugogodišnjim iskustvom u proizvodnji snažnih i pouzdanih ultrazvučnih sustava za miješanje s visokim smicanjem, koji se upotrebljavaju za dispergiranje i razbijanje čestica, pripremu nanoemulzija ili otapanje prašaka u tekućinama. Kao tržišni lider u području ultrazvučnih miješalica, Hielscher projektira, proizvodi i distribuira ultrazvučne miješalice s visokim smicanjem i homogenizatore, od laboratorijskih i stolnih uređaja do pilotnih sustava i sustava punog industrijskog mjerila.
Odgovori na sljedeća pitanja pomoći će vam da pronađete najprikladniju miješalicu s visokim smicanjem za svoj proces:
- Koja je vaša ciljana primjena?
- Koliki je uobičajeni volumen koji treba obraditi?
- Koji su ključni čimbenici procesa?
- Koje standarde kvalitete treba postići?
Naše dobro obučeno i iskusno osoblje pomoći će vam sa svim pitanjima i pri osmišljavanju vašeg procesa miješanja. Hielscher Ultrasonics nudi detaljno savjetovanje o ultrazvučnoj obradi kako bi našim kupcima pomogao pronaći najidealniju ultrazvučnu miješalicu s visokim smicanjem. No usluga tvrtke Hielscher tu ne završava: obučavamo kupce u njihovim pogonima ili u našem laboratoriju za ultrazvučne procese i tehničkom centru kako bismo im pomogli tijekom razvoja, optimizacije i povećanja mjerila 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. Industrijske miješalice Hielscher lako rade pri amplitudama do 200µm neprekidno, u radu 24/7. Ako određeni procesi zahtijevaju još više amplitude, dostupne su prilagođene ultrazvučne sonde. Dodatna oprema poput pojačivača amplitude, protočnih ćelija, reaktora za sonikaciju i cjelovitih recirkulacijskih sustava lako je dostupna te omogućuje konfiguriranje vašeg ultrazvučnog sustava za miješanje tako da bude optimalno prilagođen zahtjevima vašeg procesa. Sve sonotrode i reaktori, koji su jedini dijelovi u dodiru s medijem, omogućuju CIP/SIP (čišćenje i sterilizaciju na mjestu).
Napredne ultrazvučne miješalice s visokim smicanjem
Hielscher Ultrasonics usredotočen je na visokoučinkovite dezintegratore stanica koji pružaju najveću jednostavnost uporabe i najsuvremenija tehnička rješenja. To znači da se standardi laboratorijskih dezintegratora tvrtke Hielscher sve više prilagođavaju inteligenciji industrijskih strojeva. Korisnik može upravljati digitalnim ultrazvučnim uređajima tvrtke Hielscher putem daljinskog upravljanja u pregledniku. 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. Osim toga, ultrazvučni dezintegrator može se programirati za automatsko isključivanje nakon određenog vremena ili unosa određene količine energije, a mogu se programirati i načini pulsirajuće 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 različita rješenja za održavanje procesne temperature unutar ciljanog temperaturnog raspona.
Napredne funkcije ultrazvučnih uređaja tvrtke Hielscher osiguravaju najvišu razinu kontrole procesa, pouzdane i ponovljive rezultate sonikacije, jednostavnost uporabe i udobnost pri radu.
Kvaliteta – proizvedeno u Njemačkoj
Kao poduzeće u obiteljskom vlasništvu i pod obiteljskim upravljanjem, Hielscher daje prednost najvišim standardima kvalitete svojih ultrazvučnih procesora. Svi ultrazvučni uređaji projektiraju se, proizvode i temeljito ispituju u našem sjedištu u Teltowu pokraj Berlina u Njemačkoj. Robusnost i pouzdanost ultrazvučne opreme tvrtke Hielscher čine je pouzdanim osloncem vaše proizvodnje. Rad 24/7 pod punim opterećenjem i u zahtjevnim okruženjima prirodno je svojstvo visokoučinkovitih miješalica tvrtke Hielscher.
Ultrazvučne miješalice s visokim smicanjem tvrtke Hielscher možete kupiti u različitim veličinama i konfigurirane za vaš proces. Od obrade tekućina u maloj laboratorijskoj čaši do kontinuiranog protočnog miješanja suspenzija na industrijskoj razini, Hielscher Ultrasonics nudi odgovarajuću miješalicu s visokim smicanjem za vas! Obratite nam se – rado ćemo vam preporučiti idealnu konfiguraciju ultrazvučne miješalice!
Tablica u nastavku daje pregled približnog kapaciteta obrade naših ultrazvučnih uređaja:
| Volumen šarže | Protok | Preporučeni uređaji |
|---|---|---|
| 1 do 500mL | 10 do 200mL/min | UP100H |
| 10 do 2000mL | 20 do 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 do 20L | 0,2 do 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 do 100L | 2 do 10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 do 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | veći | skupina uređaja UIP16000 |
Kontaktirajte nas! / Pitajte nas!
Ultrazvučni homogenizatori velike snage od laboratorijskog do pilotnog i industrijskog mjerila.
Činjenice koje vrijedi znati
Ultrazvučni uređaji i njihova uporaba kao miješalica s visokim smicanjem
Ultrazvučni uređaji sa sondom definirani su prijenosom ultrazvučnih vibracija putem ultrazvučne sonde u medij koji se obrađuje. Sonda, poznata i kao sonotroda, titanijska je šipka koja vibrira na ultrazvučnoj frekvenciji, npr. 20kHz. Vibriranje pri 20 kHz znači da se vodoravna površina sonde širi i skuplja 20.000 puta u sekundi. Ti brzi pokreti u ultrazvučnom frekvencijskom području na vrhu sonde prenose se u tekućinu. U tekućini ultrazvučni valovi putuju kroz medij i stvaraju naizmjenične cikluse visokog i niskog tlaka. Tijekom ciklusa niskog tlaka nastaju sićušni vakuumski mjehurići koji rastu tijekom nekoliko tlačnih ciklusa dok ne dosegnu točku u kojoj više ne mogu apsorbirati dodatnu energiju. U trenutku najvećeg rasta kavitacijski mjehurić silovito puca. Implozija stvara polje visoke gustoće energije s vrlo visokim temperaturama i tlakovima, odgovarajućim razlikama u temperaturi i tlaku, strujama tekućine brzine do 180m/sec i turbulencijama. Ta kavitacijska energija snažno djeluje na tekućine i suspenzije, što dovodi do izvanrednih rezultata miješanja, umješavanja, mljevenja, dispergiranja i emulgiranja. Ultrazvučne miješalice s visokim smicanjem lako proizvode čestice i kapljice nanometarskih veličina s vrlo uskom raspodjelom veličine čestica / kapljica.
Ovdje pročitajte koje su razlike između obrade ultrazvučnom / akustičnom kavitacijom i obrade hidrodinamičkom kavitacijom!
Industrije u kojima se često upotrebljavaju ultrazvučne miješalice s visokim smicanjem
- Dispergiranje, otapanje i miješanje formulacija s čvrstom i tekućom fazom
- Emulgiranje
- Znanost o materijalima
- Priprema uzoraka prije analize
- Primjene nanočestica
- Funkcionalizacija čestica
- Reakcije faznog prijenosa
Literatura / Reference
- Pohl M.; Schubert H. (2004): Dispersion and deagglomeration of nanoparticles in aqueous solutions. International Congress for Particle Technology PARTEC 2004; Nuremberg, Germany.
- Thomas Leong, Muthupandian Ashokkumar, Sandra Kentish(2011): The Fundamentals of Power Ultrasound. – A Review. Acoustics Australia, 54 – Vol. 39 August 2011.
- 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, September 1994. 253-263.
- Pekarovicova, A.; Pekarovic, J. (2009): Emerging Pigment Dispersion Technologies. Pira International (2009).
- S.E. Karekar; B.A. Bhanvase; S.H. Sonawane; M.P. Deosarkar; D.V. Pinjari; A.B. Pandit(2014): Synthesis of zinc molybdate and zinc phosphomolybdate nanopigments by an ultrasound assisted route: Advantage over conventional method. Chemical Engineering and Processing 87; Nov. 2014.