Penghomogen – Prinsip Kerja, Penggunaan dan Peningkatan Skala

Homogenizer adalah jenis mixer, yang menerapkan gaya mekanis untuk mencampur, mengemulsi, membubarkan, dan melarutkan sistem cair-cair dan padat-cair. Bergantung pada model homogenizer, geser rotasi, nozel atau ultrasound berdaya tinggi digunakan untuk menciptakan gaya yang diperlukan untuk menghancurkan dan memecah partikel padat serta tetesan cairan. Pelajari lebih lanjut tentang perangkat homogenizer dan aplikasinya dalam penelitian dan produksi!

Apa itu Homogenizer?

Homogenizer adalah kelas perangkat pencampuran, yang dirancang untuk memecah partikel, baik padat maupun cair, menjadi campuran yang seragam. Homogenizer tersedia sebagai laboratorium, bench-top dan, peralatan industri yang digunakan untuk berbagai aplikasi dalam penelitian dan industri. Aplikasi khas homogenizer meliputi pencampuran dan disintegrasi berbagai bahan, termasuk partikel, pigmen, bahan kimia, tanaman, makanan, sel, jaringan, antara lain.

Silahkan hubungi kami untuk mempelajari lebih lanjut tentang homogenizer, sonikasi dan bagaimana Anda dapat menggunakan sonicators kami untuk proses Anda!

Ikhtisar atas Berbagai Jenis Homogenizer

Berbagai jenis homogenizer tersedia secara komersial untuk digunakan dalam produksi skala besar bench-top dan industri. Namun mixer rotor/stator (koloid), homogenizer tekanan tinggi, dan homogenizer ultrasonik adalah model yang paling banyak digunakan.
Impeller atau blade mixer memiliki bilah berputar, yang berputar dengan kecepatan tinggi di bagian bawah bejana pencampur sehingga menggabungkan berbagai bahan menjadi campuran yang homogen.
Seperti yang sudah tersirat dari nama mixer rotor/stator, mixer rotor/stator memiliki rotor dan komponen stator. Rotor adalah poros logam yang berputar dengan kecepatan tinggi di dalam stator. Stator adalah bagian logam yang tetap diam. Rotasi rotor menciptakan efek hisap yang menggerakkan bahan padat-cair antara stator dan rotor, di mana padatan direduksi menjadi ukuran partikel yang lebih kecil.
Prinsip kerja homogenizer tekanan tinggi (HPH) didasarkan pada penggunaan pompa bertekanan tinggi dan katup (nosel, lubang), yang membuat peralatan besar, berat, dan mahal. Bubur yang diproses dipaksa dengan kecepatan aliran tinggi melalui lubang kecil, yang mengurangi ukuran partikel karena partikel membutuhkan ukuran kecil tertentu untuk melewati katup. Terutama saat mengolah padatan, HPH rentan terhadap penyumbatan.
Homogenizer ultrasonik menggunakan gaya geser tinggi yang dihasilkan oleh kavitasi akustik, yang memberi mereka berbagai keunggulan dibandingkan teknik homogenisasi lainnya. Prinsip kerja dan manfaat homogenisasi ultrasonik disajikan di bawah ini.

Ultrasound Daya Tinggi sebagai Kekuatan Homogenisasi

Homogenizer ultrasonik menggunakan getaran ultrasonik intensitas tinggi dan kavitasi untuk menciptakan gaya geser yang sangat intens dan oleh karena itu dapat disebut mixer geser tinggi yang sangat intens. Rahasia di balik gaya geser tinggi yang sangat intens adalah kavitasi akustik, yang dihasilkan oleh gelombang ultrasound berdaya tinggi. Homogenizer ultrasonik memiliki generator, yang merupakan catu daya dan unit kontrol, dan transduser. Transduser berisi keramik piezo-listrik. Keramik piezo-elektrik ini mengubah energi listrik menjadi osilasi, karena kristal piezoelektrik mengubah ukuran dan bentuknya saat tegangan diterapkan. Ketika frekuensi osilator elektronik sama dengan frekuensi alami kuarsa piezoelektrik, resonansi terjadi. Dalam kondisi resonansi, kuarsa menghasilkan gelombang ultrasonik longitudinal dengan amplitudo besar.
Gelombang ultrasound yang dihasilkan kemudian digabungkan melalui probe ultrasonik (sonotrode / horn) ke dalam media proses. Amplitudo pada probe ultrasonik menentukan intensitas gelombang ultrasound, yang ditransmisikan ke dalam cairan atau bubur. Gelombang ultrasonik menghasilkan siklus tekanan tinggi dan tekanan rendah bergantian dalam media cair. Selama siklus tekanan rendah, gelombang ultrasonik intensitas tinggi menghasilkan gelembung vakum kecil dalam cairan. Selama siklus tekanan tinggi, gelembung vakum kecil runtuh secara destruktif. Fenomena ini disebut kavitasi. Ledakan gelembung kavitasi juga dapat menghasilkan jet cair dengan kecepatan tinggi hingga 280 m/s, menghasilkan gaya geser yang kuat. Gaya geser memecah partikel, menyebabkan tabrakan antar-partikel dan mengganggu tetesan dan sel secara mekanis, mempromosikan pada saat yang sama transfer massa yang sangat efisien. Gaya kavitasi ini menghasilkan dispersi, emulsi dan suspensi yang seragam dan homogen dan juga diketahui mempromosikan reaksi kimia (yang disebut sonokimia).

Kavitasi akustik (dihasilkan oleh ultrasound berdaya tinggi) menciptakan kondisi ekstrem lokal, yang disebut efek sonomekanik dan sonokimia. Karena efek ini, sonikasi mengurangi partikel padat dan cair dan mencampurnya menjadi formulasi homogen.

ultrasonik homogenizers dengan kekuatan yang besar – Keuntungan

Homogenizer ultrasonik lebih unggul, dalam hal produksi suspensi dan larutan padat-cair (yang disebut bubur) dan cair-cair. Karena ultrasonicators menggunakan prinsip kerja kavitasi ultrasonik, bahan harus basah atau dalam fase basah, karena kavitasi hanya terjadi dalam cairan. Ini berarti ultrasonicator tidak akan sangat efisien dalam mencampur bubuk kering, tetapi segera setelah bubuk dibasahi, sonikasi adalah metode yang paling efisien untuk pencampuran. Homogenizer ultrasonik terkenal dapat mencampur, memadukan, dan membubarkan pasta dan bahan yang sangat kental. Gaya yang luar biasa kuat yang disebabkan oleh ledakan gelembung kavitasi tidak hanya menciptakan gaya geser tinggi yang sangat kuat tetapi juga suhu dan tekanan tinggi yang terbatas secara lokal serta diferensial masing-masing. Kombinasi gaya fisik ini mengganggu partikel ke ukuran yang jauh lebih kecil daripada homogenizer konvensional. Oleh karena itu, homogenizer ultrasonik adalah peralatan yang disukai untuk produksi emulsi dan dispersi berukuran nano yang andal.

Aplikasi Homogenizer Ultrasonik

Homogenizer ultrasonik banyak digunakan di laboratorium dan fasilitas industri untuk menghomogenkan suspensi padat-cair dan cair-cair, mengurangi ukuran partikel, mengganggu dan mengekstrak bahan biologis, mengintensifkan reaksi kimia dan melarutkan senyawa larut.

Teknologi emulsifikasi ultrasonik

Emulsifikasi adalah proses pencampuran dua atau lebih cairan yang tidak dapat bercampur bersama-sama untuk menyiapkan campuran yang stabil atau semistabil. Secara umum, kedua cairan ini terdiri dari fase oli dan fase air (air). Untuk menstabilkan campuran fase cairan yang berbeda, pengemulsi (surfaktan / ko-surfaktan) ditambahkan. Ukuran tetesan emulsi memainkan peran penting dalam hal fungsionalitas dan stabilitas emulsi. Karena power-ultrasound menciptakan gaya sonomekanik, yang memecah tetesan dan menguranginya menjadi tetesan kecil, sonikasi adalah metode yang sangat populer untuk produksi mikron dan nano-emulsi. Homogenizer ultrasonik adalah alat yang andal untuk produksi emulsi O / W dan W / O, emulsi terbalik, emulsi ganda (O / W / O, W / O / W), emulsi mini serta emulsi Pickering. Berdasarkan fleksibilitas ini dan kapasitas pengemulsi yang andal, homogenizer ultrasonik (kadang-kadang juga disebut pengemulsi ultrasonik bila digunakan untuk emulsifikasi) digunakan misalnya, dalam industri kimia, makanan, farmasi, dan bahan bakar untuk menghasilkan emulsi stabil jangka panjang.
Klik tautan berikut untuk mempelajari lebih lanjut tentang nano-emulsi dan Emulsi Pickering!

Dispersi Ultrasonik

Homogenizer ultrasonik sangat berkhasiat ketika aglomerat partikel, agregat, dan bahkan partikel primer harus dikurangi ukurannya dengan andal. Keuntungan dari homogenizer ultrasonik adalah kemampuannya untuk menggiling partikel ke ukuran partikel yang lebih kecil dan lebih seragam, apakah partikel mikron atau nano ditargetkan sebagai hasil proses. Gaya geser kavitasi dan aliran cairan mempercepat partikel sehingga bertabrakan satu sama lain. Ini dikenal sebagai tumbukan antarpartikel. Partikel itu sendiri bertindak sebagai media penggilingan, yang menghindari kontaminasi oleh manik-manik penggilingan dan proses pemisahan selanjutnya, yang diperlukan ketika pabrik manik-manik konvensional digunakan. Karena partikel berbenturan oleh tumbukan antarpartikel pada kecepatan yang sangat tinggi hingga 280m / detik, gaya yang luar biasa tinggi berlaku pada partikel, yang oleh karena itu hancur menjadi pecahan kecil. Gesekan dan erosi memberikan fragmen partikel tersebut permukaan yang dipoles dan bentuk yang seragam. Kombinasi gaya geser dan tumbukan antarpartikel memberikan homogenisasi dan dispersi ultrasonik tepi yang menguntungkan yang memberikan suspensi dan dispersi koloid yang sangat homogen!
Urutan gambar di bawah ini menggambarkan gaya kavitasi ultrasound pada serpihan grafit.

Urutan bingkai berkecepatan tinggi (dari a hingga f) yang menggambarkan pengelupasan sono-mekanis serpihan grafit dalam air menggunakan UP200S, ultrasonicator 200W dengan sonotrode 3 mm. Panah menunjukkan tempat pemisahan (pengelupasan kulit) dengan gelembung kavitasi menembus belah.
© Tyurnina dkk. 2020 (CC BY-NC-ND 4.0)

Dispersi dan Homogenisasi Nanomaterial

Untuk keduanya, emulsi dan dispersi, persiapan campuran berukuran nano adalah tugas yang menantang. Sebagian besar teknik homogenisasi dan pencampuran konvensional seperti mixer bilah, pabrik manik-manik, homogenizer bertekanan tinggi, dan mixer lainnya mampu menghasilkan partikel berukuran mikron, tetapi mereka tidak dapat memecah tetesan dan padatan hingga berukuran nano. Ini sebagian besar karena intensitas yang tidak mencukupi. Misalnya, mixer pisau tidak memberikan geser yang cukup untuk memecah partikel menjadi ukuran nano. Pabrik manik-manik, jenis homogenizer lainnya, tidak dapat menggiling padatan secara seragam ke ukuran partikel yang lebih halus daripada manik-manik (media penggilingan) itu sendiri. Manik-manik gerinda konvensional memiliki ukuran rata-rata antara 1.500 mm – 35.000 milimm. Masalah lain adalah kontaminasi oleh keausan media penggilingan. Karena ultrasonicators memberikan gaya geser yang luar biasa tinggi, namun dapat dikontrol dengan tepat, kavitasi ultrasound adalah teknik yang disukai untuk produksi dispersi nano dan emulsi nano yang andal di laboratorium (R&D), pilot, dan pengaturan industri.

Peningkatan Proses Homogenisasi Ultrasonik

Saat meningkatkan dari homogenizer ultrasonik laboratorium ke ultrasonicator pilot, dan dari sistem percontohan ke homogenizer ultrasonik produksi skala penuh, peningkatan skala dapat diterapkan sepenuhnya linier! Semua parameter proses penting seperti amplitudo, tekanan, suhu dan waktu pemrosesan dijaga konstan, hanya luas permukaan probe ultrasonik dan ultrasonicator sebagai agitator energik probe yang diskalakan ke unit yang lebih besar dan lebih kuat. Skalabilitas linier dari proses homogenisasi ultrasonik memungkinkan untuk mendapatkan hasil berkualitas tinggi yang sama dalam produksi besar seperti di laboratorium dan pengaturan percontohan.

Temukan homogenizer ultrasonik yang paling cocok untuk proses Anda!

Hielscher Ultrasonics adalah mitra berpengalaman lama Anda untuk homogenizer ultrasonik. Semua ultrasonicators Hielscher dirancang, diproduksi dan diuji di kantor pusat kami di Jerman sebelum kami mengirimkannya ke pelanggan kami di seluruh dunia. Homogenizer ultrasonik Hielscher adalah perangkat berkualitas tinggi yang dicirikan oleh kinerja tinggi yang konstan, keandalan, ketahanan, dan keramahan pengguna. Kecanggihan teknis teknologi homogenisasi ultrasonik memberi pengguna peralatan Hielscher keunggulan kompetitif, yang menjadikan mereka pemimpin pasar di industri mereka. Dengan rangkaian produk yang luas mulai dari homogenizer lab dan bench-top, sistem percontohan, dan homogenizer ultrasonik industri penuh untuk produksi komersial, Hielscher memiliki sistem pencampuran ultrasonik yang ideal untuk kebutuhan Anda. Aksesori manifold memungkinkan pengaturan homogenizer ultrasonik yang ideal – mencocokkan kebutuhan individu.
Beri tahu kami persyaratan dan spesifikasi proses Anda – Kami dengan senang hati akan merekomendasikan Anda homogenizer ultrasonik yang paling cocok dan efisien untuk aplikasi Anda!

Efisiensi Tinggi Menggunakan Homogenizer Ultrasonik

Karena efisiensi proses yang luar biasa, biaya investasi yang wajar, efisiensi energi yang sangat tinggi dan biaya tenaga kerja dan pemeliharaan yang rendah, homogenizer ultrasonik Hielscher mengungguli teknik homogenisasi konvensional dan mencapai RoI (Pengembalian Investasi) yang cepat. Seringkali, homogenizer ultrasonik diamortisasi dalam beberapa bulan.

Ultrasound Daya Tinggi untuk Homogenisasi Industri

Amplitudo adalah parameter proses terpenting dalam proses homogenisasi yang digerakkan oleh ultrasound. Semua ultrasonicator Hielscher memungkinkan kontrol yang tepat atas amplitudo. Tergantung pada target proses, amplitudo yang lebih rendah dapat diatur untuk kondisi pemrosesan yang lebih ringan atau amplitudo tinggi dipilih untuk hasil dispersi yang lebih merusak. Sonikator industri Hielscher dapat memberikan amplitudo yang sangat tinggi. Amplitudo hingga 200μm dapat dengan mudah dijalankan terus menerus dalam operasi 24/7. Untuk amplitudo yang lebih tinggi, sonotrode ultrasonik yang disesuaikan tersedia.

Persyaratan Perawatan Rendah untuk Homogenizer Ultrasonik

Homogenizer ultrasonik tidak hanya mudah dibersihkan karena sonotrode dan reaktor adalah satu-satunya komponen yang merupakan bagian basah dan bersentuhan dengan bahan yang diproses. Sonotrode (juga dikenal sebagai tanduk ultrasonik atau probe) dan reaktor masing-masing terbuat dari titanium dan baja tahan karat dan memiliki geometri yang bersih tanpa lubang atau sudut mati.
Satu-satunya bagian yang dapat mengalami keausan adalah probe ultrasonik, yang dapat diganti tanpa gangguan yang signifikan pada operasi. Sontrode ultrasonicator laboratorium diubah dalam waktu sekitar 10 menit, sedangkan perubahan sonotrode homogenizer ultrasonik industri dapat memakan waktu sekitar 30-45 menit.

Hubungi kami sekarang! Tim kami yang berpengalaman akan dengan senang hati memberikan informasi teknis dan rekomendasi terkait proses!

Tabel di bawah ini memberi Anda indikasi perkiraan kapasitas pemrosesan ultrasonikator kami: