Disgregazione a ultrasuoni: bagnatura, dissoluzione, dispersione

I disgregatori a ultrasuoni sono ampiamente utilizzati per bagnare, disperdere o dissolvere particelle e polveri nei liquidi. I sonicatori ad alte prestazioni generano intense forze di taglio, che rompono e frantumano aggregati, agglomerati e particelle primarie fino a dimensioni microscopiche o nanometriche. Il trattamento uniforme delle particelle nel campo di cavitazione acustica produce una distribuzione granulometrica ristretta e una superficie uniforme delle particelle.

Disgregatori a ultrasuoni e loro applicazioni

I disgregatori a ultrasuoni generano intense forze di taglio, che esercitano sui solidi, come particelle, cristalli e fibre, l’azione necessaria per disgregarli e ridurli alle dimensioni desiderate, ad esempio micrometriche o nanometriche. Rispetto ai metodi di disgregazione alternativi, come miscelatori a lame ad alto taglio, omogeneizzatori ad alta pressione, mulini a sfere, microfluidizzatori ecc., i disgregatori a ultrasuoni offrono importanti vantaggi.

Vantaggi dei disgregatori a ultrasuoni

• Cavitazione e taglio ad alta intensità
• Trattamento uniforme delle particelle
• Elevate concentrazioni di solidi
• Nessun ugello / nessuna ostruzione
• Nessun mezzo di macinazione (ad es. sfere) necessario
• Scalabilità lineare
• Funzionamento semplice e sicuro
• Facili da pulire
• Efficienti in termini di tempo ed energia

 

Il principio di funzionamento dei disgregatori a ultrasuoni a sonda si basa sulla generazione di cavitazione acustica. Attraverso la sonda a ultrasuoni, onde ultrasoniche ad alta intensità vengono trasmesse al mezzo di processo (ossia un liquido o una sospensione). Le onde ultrasoniche si propagano nel liquido, dove generano cicli alternati di alta e bassa pressione. Durante i cicli di bassa pressione si formano minuscole bolle di vuoto, dette bolle di cavitazione. Queste bolle di cavitazione crescono nel corso di diversi cicli di pressione fino a raggiungere dimensioni alle quali non possono più assorbire energia. A questo punto, le bolle di cavitazione implodono violentemente e generano localmente condizioni estreme, come temperature e pressioni molto elevate, differenze estreme di temperatura e pressione (dovute a elevate velocità di riscaldamento / raffreddamento e a fluttuazioni di pressione), microturbolenze e correnti liquide con velocità fino a 180m/s. Queste condizioni esercitano effetti meccanici significativi sulle particelle nel mezzo, poiché le correnti liquide ad alta velocità accelerano le particelle, provocandone la collisione. Attraverso le collisioni tra particelle, la materia solida (ad es. particelle, fibre, cellule) viene erosa, frantumata e ridotta in frammenti di dimensioni micrometriche e nanometriche.
Le forti turbolenze generate dalla sonicazione aumentano il trasferimento di massa tra le fasi, favorendo così la dissoluzione delle polveri o le reazioni chimiche eterogenee. Ciò rende i disgregatori a ultrasuoni lo strumento preferito per intensificare processi come la macinazione, la dispersione, l’emulsificazione e la dissoluzione.

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Applicazioni dei disgregatori a ultrasuoni

• Macinazione e triturazione
• Deagglomerazione e dispersione
• Emulsificazione
• Dissoluzione delle polveri
• Miglioramento del trasferimento di massa
• Reazioni sonochimiche

Disgregatori a ultrasuoni per la riduzione delle dimensioni delle particelle

I disgregatori a ultrasuoni vengono utilizzati per ridurre le dimensioni delle particelle e distribuirle, sia mediante la vera e propria comminuzione delle particelle primarie (detta macinazione), sia mediante la rottura degli agglomerati (detta deagglomerazione / dispersione).

Disgregatori a ultrasuoni per la macinazione e la triturazione

La cavitazione generata dagli ultrasuoni crea intense forze di taglio e le conseguenti collisioni tra particelle. I solidi presenti nella sospensione fungono da mezzo di macinazione (analogamente alle sfere o alle perle in un mulino a sfere / perle): vengono accelerati dalle correnti liquide generate dalla cavitazione, che raggiungono facilmente velocità fino a 180m/s. Quando le particelle si urtano a velocità così elevate, si rompono e si frantumano in frammenti di dimensioni micrometriche e nanometriche. I disgregatori a ultrasuoni possono rompere persino le particelle primarie. I reattori a ultrasuoni con cella di flusso assicurano il trattamento uniforme di tutte le particelle, così che la macinazione a ultrasuoni produce una distribuzione granulometrica ristretta.
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Disgregatori a ultrasuoni per la deagglomerazione e la dispersione

I parametri del processo a ultrasuoni possono essere controllati con estrema precisione, consentendo ai disgregatori a ultrasuoni di macinare le particelle primarie quando si applicano ampiezze e pressioni elevate. D’altra parte, i sistemi di disgregazione a ultrasuoni possono essere utilizzati anche con ampiezze inferiori e condizioni più moderate, in modo che la struttura e la superficie delle particelle rimangano intatte, mentre gli agglomerati vengono separati e le singole particelle vengono distribuite uniformemente nella sospensione.
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Dispersione a ultrasuoni di silice pirogenica: l’omogeneizzatore a ultrasuoni Hielscher UP400S disperde la polvere di silice in modo rapido ed efficiente, separandola in singole nanoparticelle.

Disgregatori a ultrasuoni per l’emulsificazione

Quando due liquidi immiscibili (ad es. acqua e olio) vengono sottoposti a sonicazione, la cavitazione ultrasonica frammenta le gocce – producendo goccioline molto piccole delle due fasi immiscibili, che vengono poi miscelate tra loro. Poiché i disgregatori a ultrasuoni producono facilmente goccioline di dimensioni nanometriche, le emulsioni a ultrasuoni stabilizzate presentano una stabilità a lungo termine e un aspetto limpido e trasparente.
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Disgregatori a ultrasuoni per la dissoluzione

I disgregatori a ultrasuoni vengono utilizzati per dissolvere polveri e compresse con una procedura rapida, semplice e sicura. La cavitazione generata dagli ultrasuoni erode la superficie dei solidi e trasporta i frammenti erosi nel liquido, producendo così una soluzione omogenea.
Nell’industria farmaceutica, la dissoluzione delle compresse è un’attività quotidiana, ad esempio per scopi analitici. Quando le compresse vengono esposte a un ambiente acquoso, si dissolvono lentamente, con un processo che richiede molto tempo. Anche utilizzando un comune agitatore o un agitatore a lame, la dissoluzione completa delle compresse continua a richiedere molto tempo. La cavitazione ultrasonica e le sue forze di taglio straordinariamente intense staccano le particelle dalla compressa e le trasportano nel diluente, mantenendo così continuamente attivo il trasferimento di massa tra la superficie della compressa e il diluente fresco e non saturo. Ciò rende la dissoluzione a ultrasuoni un processo estremamente rapido ed efficiente, che contribuisce ad accelerare la dissoluzione dei farmaci.
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La dissoluzione è una delle numerose applicazioni degli ultrasuoni di potenza. Il video mostra la rapida dissoluzione di caramelle gommose Jelly Babies in acqua mediante Hielscher UP200St.

Come funziona un disgregatore meccanico?

I disgregatori a ultrasuoni da laboratorio utilizzano lo stesso principio meccanico dei disgregatori industriali. I sistemi di miscelazione con disgregatori disgregano agglomerati e aggregati, solubilizzano la materia solida o disperdono particelle solide in miscele liquide. La disgregazione a ultrasuoni impiega una sonda a ultrasuoni ad alta intensità in un serbatoio per il trattamento in batch o in un reattore con cella di flusso in linea. La sonda (sonotrodo) del disgregatore a ultrasuoni vibra nel liquido a una frequenza molto elevata e genera un’intensa cavitazione ultrasonica nel liquido. Ogni collasso di una bolla di cavitazione produce potenti forze di taglio, che rompono agglomerati, aggregati e persino particelle primarie. Inoltre, la cavitazione ultrasonica produce correnti ad alta velocità generate dalla cavitazione, fino a 1000km/h. I getti liquidi generati dalla cavitazione colpiscono gli agglomerati di particelle, rompono le pareti cellulari, migliorano il trasferimento di materiale all’interno della sospensione e disperdono i solidi in tutto il volume del liquido. Nel campo di cavitazione ultrasonica, le pressioni si alternano rapidamente e ripetutamente tra il vuoto e valori fino a 1000bar. Un miscelatore rotativo con 4 lame dovrebbe funzionare alla straordinaria velocità di 300.000 RPM per ottenere la stessa frequenza di cicli di pressione alternati. I miscelatori rotativi convenzionali e i miscelatori rotore-statore non generano una quantità significativa di cavitazione a causa dei loro limiti di velocità.

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Disgregatori a ultrasuoni da laboratorio

I dispositivi a ultrasuoni a sonda sono uno strumento molto utile in ogni laboratorio. Una sonda a ultrasuoni (nota anche come sonotrodo) è un’asta in titanio dalla geometria semplice e facile da pulire, che accoppia le vibrazioni ultrasoniche al liquido. Hielscher produce sonde e punte a ultrasuoni in un’ampia gamma di dimensioni. Per le più comuni operazioni di disgregazione dei solidi in laboratorio, sono molto utili sonde a ultrasuoni con diametro della punta di 3, 7, 14 o 22mm. Sono disponibili sonde di altre dimensioni e sonde a ultrasuoni con dimensioni personalizzate. I dispositivi a ultrasuoni tipici per la disgregazione in laboratorio hanno una potenza ultrasonica compresa tra 100 e 400 watt.

Disgregatori a ultrasuoni industriali

I disgregatori industriali Hielscher sono processori a ultrasuoni ad alta potenza progettati per la disgregazione continua di grandi flussi di sospensioni in condizioni di lavoro gravose. Questi sistemi industriali possono gestire facilmente elevate concentrazioni di solidi. Le sonde a ultrasuoni industriali sono dotate di una flangia che può essere montata su serbatoi in acciaio, reattori in vetro o contenitori in plastica con qualsiasi orientamento. La pressurizzazione del recipiente di sonicazione o della cella di flusso intensifica la cavitazione acustica e, di conseguenza, il processo di sonicazione. Le apparecchiature industriali tipiche per la disgregazione a ultrasuoni hanno una potenza ultrasonica compresa tra 1000 e 16.000 watt per sonotrodo.

Settori in cui la disgregazione a ultrasuoni è ampiamente utilizzata:

• Dispersione, dissoluzione e miscelazione di formulazioni solido/liquido
• Scienza dei materiali
• Preparazione dei campioni prima dell’analisi
• Applicazioni delle nanoparticelle
• Funzionalizzazione delle particelle
• Reazioni di trasferimento di fase
• Cristallizzazione / Precipitazione
• Lavorazione degli alimenti
• Industria cartaria
• Digestione della biomassa

Come acquistare il disgregatore a ultrasuoni più adatto?

Hielscher Ultrasonics è un produttore con una lunga esperienza nella realizzazione di disgregatori a ultrasuoni ad alte prestazioni, utilizzati per disperdere e rompere particelle o per dissolvere polveri nei liquidi. In qualità di leader di mercato, Hielscher progetta, produce e distribuisce disgregatori e omogeneizzatori a ultrasuoni, dai modelli da laboratorio e da banco fino alla piena scala industriale.

Vi aiutiamo a rispondere alle seguenti domande per individuare il disgregatore a ultrasuoni più adatto alla vostra applicazione e alle vostre esigenze:

• Qual è l’applicazione prevista?
• Qual è il volume tipico da trattare?
• Quali sono i fattori critici del processo?
• Quali standard di qualità devono essere raggiunti?

Il nostro personale qualificato ed esperto vi assisterà per qualsiasi domanda e nella progettazione del vostro processo. Hielscher Ultrasonics offre una consulenza approfondita sui processi a ultrasuoni per aiutare i clienti a trovare il dispositivo a ultrasuoni ottimale. Ma il servizio di Hielscher non termina qui: formiamo i clienti presso le loro strutture oppure nel nostro laboratorio di processi a ultrasuoni e centro tecnico, per assisterli durante lo sviluppo, l’ottimizzazione e il passaggio di scala del processo.
I processori a ultrasuoni industriali di Hielscher Ultrasonics generano facilmente ampiezze molto elevate, necessarie per rompere particelle dure e agglomerati o per trattare sospensioni con un’elevata concentrazione di solidi. I disgregatori industriali Hielscher possono funzionare con ampiezze fino a 200µm in continuo, 24/7. Per ampiezze ancora maggiori sono disponibili sonotrodi a ultrasuoni personalizzati. Sono prontamente disponibili ulteriori accessori, come amplificatori meccanici di ampiezza, celle di flusso, reattori di sonicazione e sistemi completi di ricircolo, che consentono di configurare il sistema a ultrasuoni in base ai requisiti specifici del vostro processo.

Disgregatori e dissolutori a ultrasuoni avanzati

Hielscher Ultrasonics si concentra su disgregatori ad alte prestazioni caratterizzati dalla massima facilità d’uso e da soluzioni tecniche all’avanguardia. Ciò significa che gli standard dei disgregatori da laboratorio Hielscher si avvicinano sempre più alle capacità intelligenti dei macchinari industriali. L’utente può controllare i sonicatori digitali Hielscher tramite controllo remoto via browser. Il software di registrazione automatica dei dati salva tutti i parametri ultrasonici importanti, come potenza netta, potenza totale, ampiezza, temperatura, pressione, ora e data, in un file CSV su una scheda SD integrata. Inoltre, il disgregatore a ultrasuoni può essere programmato per spegnersi automaticamente dopo un tempo prestabilito o al raggiungimento di uno specifico apporto energetico, oppure per funzionare in modalità di sonicazione pulsata. I sensori di temperatura e pressione collegabili consentono di monitorare attentamente le condizioni del campione. Poiché il controllo della temperatura dei materiali termosensibili è un fattore cruciale per la qualità dei risultati del processo, Hielscher offre diverse soluzioni per mantenere la temperatura del processo nell’intervallo desiderato.
Le funzioni avanzate dei sonicatori Hielscher assicurano il massimo controllo del processo, risultati di sonicazione affidabili e riproducibili, facilità d’uso e comfort operativo.
I processori a ultrasuoni industriali di Hielscher Ultrasonics possono generare ampiezze molto elevate. È possibile operare facilmente in continuo con ampiezze fino a 200µm, 24/7. Per ampiezze ancora maggiori sono disponibili sonotrodi a ultrasuoni personalizzati. La capacità di operare con ampiezze così elevate consente ai nostri clienti di macinare efficacemente le particelle primarie fino a dimensioni nanometriche. La robustezza delle apparecchiature a ultrasuoni Hielscher consente il funzionamento 24/7 in condizioni di lavoro gravose e in ambienti impegnativi.
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Qualità – Made in Germany

In quanto azienda di proprietà e gestione familiare, Hielscher è orgogliosa dell’elevata qualità dei propri processori a ultrasuoni. Tutti i sonicatori vengono progettati, prodotti e collaudati presso la nostra sede di Teltow, vicino a Berlino, in Germania. La robustezza delle apparecchiature a ultrasuoni Hielscher consente il funzionamento 24/7 in condizioni di lavoro gravose e in ambienti impegnativi.

Potete acquistare disgregatori a ultrasuoni Hielscher di tutte le dimensioni, e la gamma di prezzi offre un sonicatore accessibile e adatto al vostro budget. Dalla disgregazione delle particelle in piccole fiale da laboratorio alla disgregazione a flusso continuo delle sospensioni nella produzione industriale, Hielscher Ultrasonics ha il disgregatore adatto a voi! Contattateci – saremo lieti di consigliarvi il sonicatore più adatto!
La tabella seguente fornisce un’indicazione della capacità di trattamento approssimativa dei nostri sonicatori: