homogenizátorok – Működési elv, használat és méretnövelés
A homogenizátorok olyan típusú keverők, amelyek mechanikai erőket alkalmaznak a folyadék-folyadék és szilárd-folyadék rendszerek keverésére, emulgeálására, diszpergálására és feloldására. A homogenizátor modelljétől függően a forgó nyírást fúvókákkal vagy nagy teljesítményű ultrahanggal hozzák létre a szükséges erőket a szilárd részecskék és a folyadékcseppek széteséséhez és lebontásához. Tudjon meg többet a homogenizátor eszközökről és azok alkalmazásáról 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.
Kérjük, vegye fel velünk a kapcsolatot, ha többet szeretne megtudni a homogenizátorokról, az ultrahangos kezelésről és arról, hogyan használhatja szonikátorainkat a folyamathoz!
A MultiSonoReactor MSR-4 egy ipari inline homogenizátor 16 000 wattos teljesítményű ultrahangos készülékekkel igényes alkalmazásokhoz, például nano-diszperziókhoz és nano-emulziókhoz.
A különböző homogenizátortípusok áttekintése
Különböző homogenizátortípusok kaphatók kereskedelmi forgalomban asztali és ipari nagyüzemi gyártáshoz. Azonban a rotor? állórész (kolloid) keverők, nagynyomású homogenizátorok és ultrahangos homogenizátorok a legszélesebb körben használt modellek.
A járókerék- vagy pengekeverők fonópengével rendelkeznek, amely nagy sebességgel forog a keverőedény alján, ezáltal különböző anyagokat homogén keverékké egyesítve.
Ahogy a rotor? állórész keverő neve már jelzi, a rotor? állórész keverőnek van egy rotorja és egy állórész alkatrésze. A forgórész egy fém tengely, amely nagy sebességgel forog az állórészen belül. Az állórész az a fém rész, amely álló helyzetben marad. A rotor forgása szívóhatást hoz létre, amely a szilárd-folyékony anyagot az állórész és a rotor között mozgatja, ahol a szilárd anyagok kisebb részecskeméretre csökkennek.
A nagynyomású homogenizátor (HPH) működési elve nagynyomású szivattyú és szelep (fúvóka, nyílás) használatán alapul, ami a berendezést nagy, nehéz és drága. A feldolgozott hígtrágya nagy áramlási sebességgel egy kis nyíláson keresztül kényszerül, ami csökkenti a részecskék méretét, mivel a részecskéknek bizonyos kis méretre van szükségük ahhoz, hogy áthaladjanak a szelepen. Különösen szilárd anyagok feldolgozásakor a HPH-k hajlamosak eltömődésre.
Az ultrahangos homogenizátorok az akusztikus kavitáció által generált nagy nyíróerőket használják, ami különböző előnyöket biztosít számukra más homogenizáló technikákkal szemben. Az ultrahangos homogenizálás működési elvét és előnyeit az alábbiakban mutatjuk be.
Caution: Video "duration" is missing
Nagy teljesítményű ultrahang, mint homogenizáló erő
Az ultrahangos homogenizátor nagy intenzitású ultrahangos rezgéseket és kavitációt alkalmaz, hogy nagyon intenzív nyíróerőket hozzon létre, ezért szuperintenzív, nagy nyíróerejű keverőnek 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 átalakító. A jelátalakító piezoelektromos kerámiát tartalmaz. Ezek a piezoelektromos kerámiák az elektromos energiát oszcillációvá alakítják, mivel a piezoelektromos kristályok feszültség alkalmazásakor megváltoztatják méretüket és alakjukat. Ha 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? horn) keresztül összekapcsolják a folyamatközegbe. Az ultrahangos szonda amplitúdója meghatározza az ultrahanghullámok intenzitását, amelyeket a folyadékba vagy a szuszpenzióba továbbítanak. Az ultrahangos hullámok váltakozó nagynyomású és alacsony nyomású ciklusokat generálnak folyékony közegben. Az alacsony nyomású ciklus alatt a nagy intenzitású ultrahangos hullámok kis vákuumbuborékokat hoznak létre a folyadékban. A nagynyomású ciklus alatt a kis vákuumbuborékok romboló módon összeomlanak. Ezt a jelenséget kavitációnak nevezik. A kavitációs buborékok implóziója akár 280 m? s nagy sebességű folyékony fúvókákat is generálhat, ami erőteljes nyíróerőket eredményez. A nyíróerők megtörik a részecskéket, részecskék közötti ütközést okoznak, és mechanikusan megzavarják a cseppeket és a sejteket, ugyanakkor elősegítik a rendkívül hatékony tömegátadást. Ezek a kavitációs erők egyenletes és homogén diszperziókat, emulziókat és szuszpenziókat hoznak létre, és ismert, hogy elősegítik a kémiai reakciókat (úgynevezett sonochemistry).
Az akusztikus kavitáció (amelyet nagy teljesítményű ultrahang generál) lokálisan szélsőséges körülményeket teremt, úgynevezett szonomechanikai és szonokémiai hatásokat. Ezeknek a hatásoknak köszönhetően az ultrahangos kezelés csökkenti a szilárd és folyékony részecskéket, és homogén készítménybe keveri őket.
Ultrahangos kavitáció a kaszkatród szonda ultrahangos UIP1000hdT (1000 watt, 20kHz) üvegreaktorban. Az alsó piros fényt a kavitáció láthatóságának javítására használják.
Ultrahangos homogenizátorok – Előnye
Az ultrahangos homogenizátorok kiválóak, amikor szilárd-folyadék (úgynevezett szuszpenziók) és folyékony-folyadék szuszpenziók és oldatok előállításáról van szó. Mivel az ultrahangos készülékek az ultrahangos kavitáció működési elvét alkalmazzák, az anyagnak nedvesnek vagy nedves fázisban kell lennie, mivel a kavitáció csak folyadékban történik. Ez azt jelenti, hogy az ultrahangos készülék nem lenne nagyon hatékony a száraz por keverésében, de amint a por nedvesedik, az ultrahangos kezelés a leghatékonyabb módszer a keveréshez. Az ultrahangos homogenizátorok jól ismertek, hogy megbízhatóan keverik, keverik és diszpergálják még a pasztákat és a nagyon viszkózus anyagokat is. A kavitációs buborékok implóziója által okozott rendkívül intenzív erők nemcsak nagyon erős, nagy nyíróerőket hoznak létre, hanem helyileg korlátozott magas hőmérsékleteket és nyomásokat, valamint a megfelelő differenciálműveket is. A fizikai erők ezen kombinációja sokkal kisebb méretben zavarja meg a részecskéket, mint egy hagyományos homogenizátor. Ezért az ultrahangos homogenizátorok az előnyben részesített berendezések a nanoméretű emulziók és diszperziók megbízható előállításához.
- kiváló hatékonyság
- képes rendkívül koncentrált energiát szolgáltatni
- Kiváló eredmények mikronban és nanoban
- mikron- és nanoméretű emulziókhoz és diszperziókhoz
- bármilyen térfogat ml-től tonna/óráig
- Batch és Inline
- egyszeri menethez és recirkulációhoz
- precíz folyamatvezérlés
- egyszerű kezelés
- egyszerű tisztítás
- Alacsony karbantartási igény
Ultrahangos homogenizátorok alkalmazásai
Az ultrahangos homogenizátorokat széles körben használják laboratóriumi és ipari létesítményekben szilárd-folyadék és folyékony-folyadék szuszpenziók homogenizálására, a részecskeméret csökkentésére, a biológiai anyag megzavarására és kivonására, a kémiai reakciók fokozására és az oldható vegyületek feloldására.
ultrahangos emulgeálás
Az emulgeálás két vagy több nem elegyedő folyadék összekeverésének folyamata stabil vagy félstabil keverék előállítása érdekében. Általában ez a két folyadék olajfázisból és vizes (víz) fázisból áll. A különböző folyadékfázisok keverékének stabilizálásához emulgeálószert (felületaktív anyag? társfelületaktív anyag) adunk hozzá. Az emulzió cseppmérete döntő szerepet játszik az emulzió funkcionalitásában és stabilitásában. Mivel a teljesítmény-ultrahang szonomechanikai erőket hoz létre, amelyek lebontják a cseppeket és csökkentik őket apró cseppekké, az ultrahangos kezelés nagyon népszerű módszer a mikron- és nanoemulziók előállítására. Az ultrahangos homogenizátorok megbízható eszköz O? W és W? O emulziók, inverz emulziók, kettős emulziók (O? W? O, W? O? W), mini-emulziók, valamint Pickering emulziók előállítására. Ezen rugalmasság és a megbízható emulgeáló kapacitás alapján ultrahangos homogenizátorokat (néha ultrahangos emulgeálószereknek is nevezik, ha emulgeáláshoz használják) használják pl. a vegyiparban, az élelmiszeriparban, a gyógyszeriparban és az üzemanyagiparban hosszú távú stabil emulziók előállítására.
Kattintson az alábbi linkekre, ha többet szeretne megtudni Nano-emulziók és Pickering emulziók!
Ultrahangos diszperzió
Az ultrahangos homogenizátorok nagyon hatékonyak, ha a részecskék agglomerálódnak, aggregátumokat és még az elsődleges részecskéket is megbízhatóan csökkenteni kell. Az ultrahangos homogenizátorok előnye, hogy képesek a részecskéket kisebb és egységesebb részecskeméretre őrölni, függetlenül attól, hogy mikron- vagy nanorészecskéket céloznak-e meg folyamateredményként. A kavitációs nyíróerők és a folyadékáramok felgyorsítják a részecskéket, hogy ütközzenek egymással. Ezt részecskeütközésnek nevezik. Maguk a részecskék maróközegként működnek, ami elkerüli a gyöngyök őrlésével történő szennyeződést és az azt követő elválasztási folyamatot, amely a hagyományos gyöngymalmok használatakor szükséges. Mivel a részecskék nagyon nagy, akár 280 m/sec sebességgel ütköznek a részecskék ütközésével, rendkívül nagy erők hatnak a részecskékre, amelyek ezért apró frakciókra törnek. A súrlódás és az erózió csiszolt felületet és egyenletes formát kölcsönöz ezeknek a részecsketöredékeknek. A nyíróerők és a részecskék közötti ütközés kombinációja ultrahangos homogenizációt és diszperziót biztosít az előnyös él, amely rendkívül homogén kolloid szuszpenziókat és diszperziókat biztosít!
Az alábbi képsorozat az ultrahang kavitációs erőit ábrázolja grafitpelyheken.
A képkockák nagy sebességű sorozata (a-tól f-ig), amely szemlélteti a grafitpehely szonomechanikus hámlását vízben a UP200S, egy 200W ultrahangos készülék 3 mm-es sonotrode-val. A nyilak a hasítás (hámlás) helyét mutatják, kavitációs buborékokkal, amelyek behatolnak a hasításba.
Nanoanyagok diszperziója és homogenizálása
Mind az emulziók, mind a diszperziók esetében a nanoméretű keverékek előállítása kihívást jelentő feladat. A legtöbb hagyományos homogenizálási és keverési technika, például a pengekeverők, gyöngymalmok, nagynyomású homogenizátorok és egyéb keverők képesek mikron méretű részecskék előállítására, de nem képesek megbízhatóan lebontani a cseppeket és szilárd anyagokat nanoméretre. Ez leginkább az elégtelen intenzitásnak köszönhető. Például a pengekeverők nem biztosítanak elegendő nyírást a részecskék nanoméretre töréséhez. A gyöngymalmok, egy másik típusú homogenizátor, nem képesek egyenletesen őrölni a szilárd anyagokat finomabb részecskeméretre, mint maga a gyöngyök (őrlőközeg). A hagyományos őrlőgyöngyök átlagos mérete 1.500 mm között van – 35 000 mm. Egy másik probléma a maróközeg kopás és elhasználódás általi szennyeződése. Mivel az ultrahangos készülékek rendkívül magas, mégis pontosan szabályozható nyíróerőket biztosítanak, az ultrahang kavitáció az előnyben részesített technika a nano-diszperzió és a nano-emulziók megbízható előállításához laboratóriumban (R&D), kísérleti és ipari beállítások.
Az ultrahangos diszperziók egyenletes részecskeméret-eloszlást mutatnak homogén redukált részecskékkel. A görbék a szilícium-dioxid részecskeeloszlását mutatják ultrahang előtt (zöld görbe) és ultrahangos diszperzió után (piros görbe).
Az ultrahangos homogenizáló folyamatok léptéknövelése
Amikor egy laboratóriumi ultrahangos homogenizátorról egy kísérleti ultrasonicatorra, és egy kísérleti rendszerről egy teljes körű gyártási ultrahangos homogenizátorra méretezhető, a méretarány teljesen lineárisan alkalmazható! Minden fontos folyamatparaméter, például az amplitúdó, a nyomás, a hőmérséklet és a feldolgozási idő állandó marad, csak az ultrahangos szonda felülete és az ultrahangos, mint a szonda energikus keverője nagyobb, erősebb egységekre méretezhető. Az ultrahangos homogenizációs folyamatok lineáris skálázhatósága lehetővé teszi, hogy nagy termelésben ugyanolyan kiváló minőségű eredményeket érjenek el, mint laboratóriumi és kísérleti környezetben.
Keresse meg a legmegfelelőbb ultrahangos homogenizátort a folyamatához!
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 folyamat követelményeit és specifikációit – Örömmel ajánljuk Önnek a legmegfelelőbb és leghatékonyabb ultrahangos homogenizátort az Ön alkalmazásához!
Nagy hatékonyság ultrahangos homogenizátorokkal
A rendkívüli folyamathatékonyság, az ésszerű beruházási költségek, a nagyon magas energiahatékonyság és az alacsony munkaerő- és karbantartási költségek miatt a Hielscher ultrahangos homogenizátorok felülmúlják a hagyományos homogenizáló technikákat, és gyors megtérülést érnek el. Gyakran előfordul, hogy az ultrahangos homogenizátor néhány hónapon belül amortizálódik.
Nagy teljesítményű ultrahang ipari homogenizáláshoz
Az amplitúdó az ultrahang által vezérelt homogenizációs folyamatok legfontosabb folyamatparamétere. Minden Hielscher ultrasonicators lehetővé teszi az amplitúdó pontos szabályozását. A folyamat céljától függően kisebb amplitúdó állítható be enyhébb feldolgozási körülményekhez, vagy nagy amplitúdó választható a roncsolásosabb diszperziós eredményekhez. A Hielscher ipari szonikátorok nagyon nagy amplitúdókat tudnak biztosítani. Akár 200 μm-es amplitúdók is könnyedén működtethetők folyamatosan 24/7 üzemben. Még nagyobb amplitúdók esetén testreszabott ultrahangos sonotrodes áll rendelkezésre.
Alacsony karbantartási követelmények az ultrahangos homogenizátorokhoz
Az ultrahangos homogenizátorok nem csak könnyen tisztíthatók, mivel a sonotrode és a reaktor az egyetlen olyan összetevő, amely nedves alkatrészek és érintkeznek a feldolgozott anyaggal. A sonotrode (más néven ultrahangos kürt vagy szonda) és a reaktor titánból és rozsdamentes acélból készül, és tiszta geometriájú, nyílások vagy holt sarkok nélkül.
Az egyetlen alkatrész, amely kopásnak van kitéve, az ultrahangos szonda, amely a működés jelentős megszakítása nélkül cserélhető. A laboratóriumi ultrahangos készülék szonotródját kb. 10 percen belül megváltoztatják, míg az ipari ultrahangos homogenizátor szonotródjának cseréje kb. 30-45 perc.
Vegye fel velünk a kapcsolatot most! Nagy tapasztalattal rendelkező csapatunk örömmel nyújt technikai információkat és folyamattal kapcsolatos javaslatokat!
Az alábbi táblázat jelzi ultrahangos készülékeink hozzávetőleges feldolgozási kapacitását:
| Kötegelt mennyiség | Áramlási sebesség | Ajánlott eszközök |
|---|---|---|
| 1–500 ml | 10–200 ml/perc | UP100H |
| 10 és 2000 ml között | 20–400 ml/perc | UP200Ht, UP400ST |
| 0.1-től 20L-ig | 0.2-től 4 liter/percig | UIP2000hdT |
| 10–100 liter | 2–10 l/perc | UIP4000hdt |
| 0.3-tól 60 literig | 0.6 és 12 l/perc között | UIP6000hdT |
| n.a. | 10–100 l/perc | UIP16000 |
| n.a. | Nagyobb | klaszter UIP16000 |
A Hielscher Ultrasonics nagy teljesítményű ultrahangos homogenizátorokat gyárt keverési alkalmazásokhoz, diszperzióhoz, emulgeáláshoz és extrakcióhoz laboratóriumi, kísérleti és ipari méretekben.
Gyakran ismételt kérdések a homogenizátorokról
- Mi a homogenizátor működésének elve? A homogenizátor nyíróerőket alkalmaz folyadékokra, szuszpenziókra és szuszpenziókra. A nyírás csökkenti a szilárd-folyadék és a folyadék-folyadék keverékek részecskeméretét, és egyenletes részecskeméret-eloszlást eredményez. A homogenizátorok stabil emulziókat vagy diszperziókat hozhatnak létre.
- Mi a homogenizálási folyamat elve? A homogenizálás alapelve magában foglalja a mechanikai erő, például ultrahangos rezgés és kavitáció alkalmazását egy heterogén keverékre, hogy a részecskéket egyenletesen finom méretűre bontsa, következetes és stabil keveréket érve el, amely megakadályozza az elválasztást az idő múlásával.
- Mi a homogenizálás elsődleges célja? A homogenizálás elsődleges célja a termék stabilitásának és konzisztenciájának javítása a részecskeméret csökkentésével. Ez a folyamat javítja a keverék fizikai tulajdonságait, például a viszkozitást, a textúrát és az eltarthatóságot, ami döntő fontosságú az élelmiszer-feldolgozásban, a gyógyszerekben és a kozmetikumokban.
További információ az ultrahangos élelmiszer-homogenizátorokról! - Mi az ultrahangos homogenizálás? Az ultrahangos homogenizálás nagyfrekvenciás hanghullámokat használ a kavitáció indukálására folyékony közegben, ami intenzív nyíróerőket eredményez, amelyek mikroszkopikus szinten lebontják a részecskéket. Ez a módszer különösen hatékony sejtzavarok, nanorészecskék diszperziója és emulgeálása esetén.
- Mi az ultrahangos kezelés a homogenizáláshoz? A homogenizáláshoz szükséges szonikálás magában foglalja az ultrahangos energia alkalmazását a mintákra a finom, egyenletes keverés elérése érdekében. Ez az eljárás hatékony a folyadékban lévő részecskék diszpergálására, emulgeálására és méretének csökkentésére, széles körben használják mind a kutatási, mind az ipari környezetben.
- Melyek a 2 típusú szonikációs módszerek? Az ultrahangos módszerek két fő típusa a közvetlen és közvetett szonikáció. A közvetlen szonikálás magában foglalja a szonda közvetlenül a mintába merítését, míg a közvetett szonikálás egy fürdőben történik, ahol a mintákat egy szonikálás-barát folyadékba merített tartályba helyezik. A közvetlen szonikálás jellemzően intenzívebb és hatékonyabb a homogenizáláshoz, mint a közvetett szonikálás.
Irodalom? Hivatkozások
- 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, 1994. 253-263.
- Ahmed Taha, Eman Ahmed, Amr Ismaiel, Muthupandian Ashokkumar, Xiaoyun Xu, Siyi Pan, Hao Hu (2020): Ultrasonic emulsification: An overview on the preparation of different emulsifiers-stabilized emulsions. Trends in Food Science & Technology Vol. 105, 2020. 363-377.
- Seyed Mohammad Mohsen Modarres-Gheisari, Roghayeh Gavagsaz-Ghoachani, Massoud Malaki, Pedram Safarpour, Majid Zandi (2019): Ultrasonic nano-emulsification – A review. Ultrasonics Sonochemistry Vol. 52, 2019. 88-105.
- Brad W. Zeiger; Kenneth S. Suslick (2011): Sonofragmentation of Molecular Crystals. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 37, 14530–14533.