A homogenizátorok olyan keverők, amelyek mechanikai erőket alkalmaznak a folyékony-folyékony és szilárd-folyékony rendszerek keverésére, emulgeálására, diszpergálására és feloldására. A homogenizátor modelltől függően forgási nyírást, fúvókákat vagy nagy teljesítményű ultrahangot használnak a szilárd részecskék, valamint a folyékony cseppek széteséséhez és felbomlásához szükséges erők létrehozásához. Tudjon meg többet a homogenizáló eszközökről és alkalmazásukról a kutatásban és a gyártásban!

Mi az a homogenizátor?

A homogenizátor a keverőeszközök egy osztálya, amelyet úgy terveztek, hogy a szilárd és folyékony részecskéket egyenletes keverékké bontja. A homogenizátorok laboratóriumi, asztali és ipari berendezésekként kaphatók, amelyeket különböző kutatási és ipari alkalmazásokhoz használnak. A homogenizátor tipikus alkalmazása magában foglalja a különböző anyagok keverését és szétesését, beleértve többek között a részecskéket, pigmenteket, vegyszereket, növényeket, élelmiszereket, sejteket, szöveteket.

Áttekintés a különböző homogenizátor típusokról

Különböző homogenizátor típusok kereskedelmi forgalomban kaphatók a pad-top és az ipari nagyüzemi gyártásban való felhasználásra. Azonban a rotor / állórész (kolloid) keverők, nagynyomású homogenizátorok és ultrahangos homogenizátorok a legszélesebb körben használt modellek.
Járókerék- vagy pengekeverők van egy forgó penge, amely nagy sebességgel forog a keverőedény alján, ezáltal kombinálva a különböző anyagokat homogén keverékké.
A neve a rotor/állórész keverő már azt jelenti, hogy a rotor/ állórész keverő rotorral és állórész-komponenssel rendelkezik. A rotor egy fémtengely, amely nagy sebességgel forog az állórészben. Az állórész az a fém rész, amely mozdulatlan marad. A rotor forgása olyan szívóhatást hoz létre, amely a szilárd-folyékony anyagot az állórész és a rotor között mozgatja, ahol a szilárd anyagok kisebb részecskeméretre csökkennek.
A munka elve a nagynyomású homogenizátor (HPH) nagynyomású szivattyú és szelep (fúvóka, nyílás) használatán alapul, ami a berendezést nagy, nehéz és drága. A feldolgozott hígtrágya nagy áramlási sebességgel van kényszerítve egy kis nyíláson keresztül, ami csökkenti a részecskeméretet, mivel a részecskéknek bizonyos kis méretre van szükségük ahhoz, hogy áthaladjanak a szelepen. Különösen szilárd anyagok feldolgozásakor a HPH-k hajlamosak eltömődésre.
Ultrahangos Homogenizátorok használja az akusztikus kavitáció által generált nagy nyírási erőket, ami különböző előnyöket biztosít számukra más homogenizáló technikákkal szemben. Az ultrahangos homogenizálás működési elvét és előnyeit az alábbiakban ismertetjük.

Nagy teljesítményű ultrahang, mint homogenizáló erő

Az ultrahangos homogenizátor nagy intenzitású ultrahangos rezgéseket és kavitációt használ, hogy nagyon intenzív nyírási erőket hozzon létre, és ezért szuperintenzív magas nyírókeverőnek nevezhető. A szuperintenzív nagy nyíróerők titka az akusztikus kavitáció, amelyet nagy teljesítményű ultrahanghullámok generálnak. Az ultrahangos homogenizátornak van egy generátora, amely a tápegység és a vezérlőegység, valamint egy jelátalakító. A jelátalakító piezo-elektromos kerámiákat tartalmaz. Ezek a piezo-elektromos kerámiák az elektromos energiát oszcillációvá alakítják, mivel a piezoelektromos kristályok feszültség alkalmazásakor megváltoztatják méretüket és alakjukat. Amikor az elektronikus oszcillátor frekvenciája megegyezik a piezoelektromos kvarc természetes frekvenciájával, rezonancia lép fel. Rezonancia körülmények között a kvarc nagy amplitúdójú hosszanti ultrahangos hullámokat termel.
A generált ultrahanghullámokat ezután az ultrahangos szondán (sonotrode / kürt) keresztül a folyamat közegébe kapcsolják. Az ultrahangos szonda amplitúdója meghatározza az ultrahanghullámok intenzitását, amelyeket a folyadékba vagy a hígtrágyába továbbítanak. Az ultrahangos hullámok váltakozó nagynyomású és alacsony nyomású ciklusokat hoznak létre folyékony közegben. Az alacsony nyomású ciklus során a nagy intenzitású ultrahangos hullámok kis vákuumbuborékokat termelnek a folyadékban. A nagynyomású ciklus során a kis vákuumbuborékok pusztítóan összeomlanak. Ezt a jelenséget kavitációnak nevezik. A kavitációs buborékok összeomlása akár 280 m/s sebességű folyékony fúvókákat is generálhat, ami erőteljes nyírási erőket eredményez. A nyíróerők megtörik a részecskéket, részecskeközi ütközést okoznak, és mechanikusan megzavarják a cseppeket és a sejteket, elősegítve ugyanakkor a rendkívül hatékony tömegátadást. Ezek a kavitációs erők egységes és homogén diszperziókat, emulziókat és szuszpenziókat termelnek, és kémiai reakciókat (úgynevezett szonokémiát) is elősegítenek.

Az akusztikus kavitáció (amelyet nagy teljesítményű ultrahang generál) helyi szélsőséges feltételeket, úgynevezett sonomechanical és sonochemical hatásokat hoz létre. Ezeknek a hatásoknak köszönhetően a szonikálás csökkenti a szilárd és folyékony részecskéket, és homogén összetételűvé keveri őket.

Ultrahangos Homogenizátorok – Előnyök

Ultrahangos homogenizátorok kiválóak, amikor a termelés szilárd-folyékony (úgynevezett iszapok) és folyékony-folyékony szuszpenziók és oldatok. Mivel az ultrahangos adagolók az ultrahangos kavitáció működési elvét használják, az anyagnak nedvesnek vagy nedves fázisban kell lennie, mivel a kavitáció csak folyadékban fordul elő. Ez azt jelenti, hogy az ultrahangos készülék nem lenne túl hatékony a száraz por keverésében, de amint a por nedvesedik, a szonikálás a leghatékonyabb keverési módszer. Ultrahangos homogenizátorok jól ismert, hogy megbízhatóan keverjük össze, keverjük össze és diszpergálják még paszták és erősen viszkózus anyagok. A kavitációs buborékok összeomlása által okozott rendkívül intenzív erők nemcsak nagyon erős nagy nyíróerőket hoznak létre, hanem helyileg korlátozott magas hőmérsékleteket és nyomást, valamint megfelelő különbségeket is. A fizikai erők ezen kombinációja sokkal kisebb méretben zavarja meg a részecskéket, mint a hagyományos homogenizátor. Ezért az ultrahangos homogenizátorok a nanoméretű emulziók és diszperziók megbízható előállításához előnyben részesített berendezések.

Ultrahangos homogenizátorok alkalmazásai

Az ultrahangos homogenizátorokat széles körben használják laboratóriumi és ipari létesítményekben szilárd-folyékony és folyékony-folyékony szuszpenziók homogenizálására, a részecskeméret csökkentésére, a biológiai anyagok megzavarására és kivonására, a kémiai reakciók fokozására és az oldható vegyületek feloldására.

Ultrahangos emulzió

Az emulgeálás két vagy több immiszféribilis folyadék keverésének folyamata, hogy stabil vagy félistenes keveréket készítsen. Általában ez a két folyadék egy olajfázisból és egy vizes (víz) fázisból áll. A különböző folyékony fázisok keverékének stabilizálásához emulgeálószert (felületaktív / társ-felületaktív anyag) adunk hozzá. Az emulzió cseppmérete döntő szerepet játszik az emulzió funkcionalitásában és stabilitásában. Mivel a teljesítmény-ultrahang sonomechanikus erőket hoz létre, amelyek szétbontják a cseppeket, és apró cseppekre csökkentik őket, a szonikálás nagyon népszerű módszer a mikron- és nanoemulziók előállítására. Ultrahangos homogenizátorok megbízható eszköz előállítására O / W és W / O emulziók, inverz emulziók, kettős emulziók (O / W / O, W / O / W ), mini-emulziók, valamint Pickering emulziók. Ezen rugalmasság és a megbízható emulgeálóképesség alapján ultrahangos homogenizátorokat (néha ultrahangos emulgeálószereket is neveznek, ha emulgeálásra használják) használnak, például a vegyiparban, az élelmiszeriparban, a gyógyszeriparban és az üzemanyagiparban hosszú távú stabil emulziók előállítására.
Kattintson az alábbi linkekre, ha többet szeretne megtudni a Nano-emulziók, és Pickering emulziók!

Ultrahangos Dispersion

Ultrahangos homogenizátorok nagyon hatékonyak, ha részecske agglomerátumok, aggregátumok és még elsődleges részecskék kell megbízhatóan csökkenteni a méretét. Az ultrahangos homogenizátorok előnye, hogy képesek a részecskéket kisebb és egyenletesebb részecskeméretekre őrölni, függetlenül attól, hogy a mikron- vagy nanorészecskéket a folyamat eredményeként célozzák-e meg. A kavitációs nyíróerők és a folyékony áramlatok felgyorsítják a részecskéket, hogy ütközzenek egymással. Ezt nevezzük interpartiek közötti ütközésnek. Maguk a részecskék őrlő közegként működnek, ami elkerüli a gyöngyök csiszolásával és az azt követő elválasztási folyamattal történő szennyeződést, amely hagyományos gyöngymalmok használata esetén szükséges. Mivel a részecske nagyon nagy, akár 280 m/sec sebességű, részközi ütközéssel ütközik, rendkívül nagy erők vonatkoznak a részecskékre, amelyek ezért apró frakciókra törnek. A súrlódás és az erózió csiszolt felületet és egyenletes alakú formát ad ezeknek a részecsketöredékeknek. A nyíróerők és a részközi ütközés kombinációja ultrahangos homogenizálást és diszperziót biztosít az előnyös élnek, amely rendkívül homogén kolloid szuszpenziókat és diszperziókat biztosít!
Az alábbi képsorozat az ultrahang kavitációs erőit ábrázolja grafitpelyheken.

A grafit pehely vízben történő szonomechanikai hámlását szemléltető keretek nagy sebességű sorozata (a-tól f-ig) a UP200S, egy 200W ultrasonicator 3 mm-es sonotrode-val. A nyilak a hasítás (hámlás) helyét mutatják kavitációs buborékokkal, amelyek behatolnak a hasításba.
© Tyurnina et al. 2020 (CC BY-NC-ND 4.0)

Nanoanyagok szétszóródása és homogenizálása

Mind az emulziók, mind a diszperziók esetében a nanoméretű keverékek elkészítése kihívást jelentő feladat. A legtöbb hagyományos homogenizálási és keverési technika, mint például a pengekeverők, gyöngymarók, nagynyomású homogenizátorok és más keverők képesek mikron méretű részecskék előállítására, de nem tudják megbízhatóan lebontani a cseppeket és szilárd anyagokat nanoméretre. Ez leginkább az elégtelen intenzitásnak köszönhető. Például a pengekeverők nem biztosítanak elegendő nyírást a részecskék nanoméretre történő töréséhez. A gyöngymalmok, egy másik típusú homogenizátor, nem tudnak egyenletesen őrölni a szilárd anyagokat finomabb részecskeméretre, mint maga a gyöngyök (köszörűanyag). A hagyományos köszörűgyöngyök átlagos mérete 1500 mm között van – 35.000 mm. Egy másik probléma a maróközeg kopása által okozott szennyeződés. Mivel az ultrahangos készülékek rendkívül magas, mégis pontosan szabályozható nyírási erőket biztosítanak, az ultrahang kavitáció az előnyben részesített technika a nano-diszperzió és a nanoemulziók laboratóriumi megbízható előállításához (R&D), kísérleti és ipari létesítmények.

Az ultrahangos homogenizálási folyamatok skálázása

Ha a laboratóriumi ultrahangos homogenizátorról a kísérleti ultrahangos készülékre, valamint a kísérleti rendszerről a teljes körű gyártási ultrahangos homogenizátorra skálázódik, a felskálázás teljesen lineárisan alkalmazható! Minden fontos folyamatparaméter, mint például az amplitúdó, a nyomás, a hőmérséklet és a feldolgozási idő állandó marad, csak az ultrahangos szonda felülete és az ultrahangos készülék, mint a szonda energetikai keverője, nagyobb, erősebb egységekre van skálázva. Az ultrahangos homogenizációs folyamatok lineáris méretezhetősége lehetővé teszi, hogy nagy termelésben ugyanolyan kiváló minőségű eredményeket érjünk el, mint a laboratóriumi és kísérleti beállításokban.

Keresse meg a legmegfelelőbb ultrahangos homogenizátort a folyamathoz!

A Hielscher Ultrasonics az Ön régóta tapasztalt partnere az ultrahangos homogenizátoroknak. Minden Hielscher ultrasonicators tervezték, gyártják és tesztelik székhelyünk Németországban, mielőtt szállítjuk őket ügyfeleinknek világszerte. A Hielscher ultrahangos homogenizátorok kiváló minőségű eszközök, amelyeket állandó nagy teljesítményű, megbízhatóság, robusztusság és felhasználóbarát kialakítás jellemez. Az ultrahangos homogenizációs technológia technikai kifinomultsága versenyelőnyöket biztosít a felhasználók számára Hielscher berendezések, amelyek teszik őket piacvezetővé az iparágban. A széles termékválaszték laboratóriumi és asztali homogenizátorok, kísérleti rendszerek és teljes ipari ultrahangos homogenizátorok kereskedelmi termeléshez, Hielscher ideális ultrahangos keverőrendszerrel rendelkezik az Ön igényeihez. Az elosztó tartozékok lehetővé teszik az ideális ultrahangos homogenizátor beállítását – az egyéni igényeknek megfelelően.
Mondja el nekünk a folyamatkövetelményeket és előírásokat – örömmel ajánljuk Önnek a legmegfelelőbb és leghatékonyabb ultrahangos homogenizátort az alkalmazásához!

Nagy hatékonyság ultrahangos homogenizátorokkal

A rendkívüli folyamathatékonyság, az ésszerű beruházási költségek, a nagyon magas energiahatékonyság, valamint az alacsony munkaerő- és karbantartási költségek miatt a Hielscher ultrahangos homogenizátorok felülmúlják a hagyományos homogenizálási technikákat, és gyors megtérülést (befektetés megtérülése) érnek el. Gyakran előfordul, hogy az ultrahangos homogenizátor néhány hónapon belül amortizálódik.

Nagy teljesítményű ultrahang az ipari homogenizáláshoz

Az amplitúdó a legfontosabb folyamatparaméter az ultrahang-vezérelt homogenizációs folyamatokban. Minden Hielscher ultrahangos készülék lehetővé teszi az amplitúdó pontos vezérlését. A folyamat céljától függően alacsonyabb amplitúdó állítható be az enyhébb feldolgozási körülményekhez, vagy nagy amplitúdójút választanak a pusztítóbb diszperziós eredményekhez. Hielscher ultrahangos’ ipari ultrahangos processzorok szállít nagyon nagy amplitúdójú. Az akár 200 μm-es amplitúdók a hét minden szélességében könnyen működtethetők. Még nagyobb amplitúdójú, személyre szabott ultrahangos összehegeszthetősége állnak rendelkezésre.

Alacsony karbantartási követelmények ultrahangos homogenizátorok

Ultrahangos homogenizátorok nem csak könnyen tisztítható, mivel a sonotrode és a reaktor az egyetlen alkatrészek, amelyek nedves alkatrészek, és érintkeznek a feldolgozott anyaggal. Sonotrode (más néven ultrahangos kürt vagy szonda) és a reaktor titánból és rozsdamentes acélból készül, és tiszta geometriákkal rendelkeznek nyílások vagy halott sarkok nélkül.
Az egyetlen rész, amely kopásnak van kitéve, az ultrahangos szonda, amely a művelet jelentős megzavarása nélkül cserélhető. A laboratóriumi ultrahangos készülék szonotródája kb. 10 percen belül megváltozik, míg az ipari ultrahangos homogenizátor szonotródájának cseréje kb. 30-45 percet vehet igénybe.

Az alábbi táblázat az ultrahangos készülékek hozzávetőleges feldolgozási kapacitását jelzi: