Disintegrazione ad ultrasuoni: Bagnatura, Scioglimento, Dispersione

Disintegratori ad ultrasuoni e loro applicazioni

I disintegratori ad ultrasuoni forniscono forze di taglio intense, che creano l'impatto richiesto sui solidi come particelle, cristalli e fibre per interromperli e ridurli ad una dimensione mirata, ad esempio micron o nano-dimensioni. Rispetto ai metodi di disintegrazione alternativi, come i miscelatori a lame ad alto taglio, gli omogeneizzatori ad alta pressione, gli omogeneizzatori ad alta pressione, i mulini per perline, i microfluidificatori, ecc. i disintegratori ad ultrasuoni offrono alcuni importanti vantaggi.

Vantaggi dei disintegratori ad ultrasuoni

• Cavitazione e taglio ad alta intensità
• Trattamento uniforme delle particelle
• elevate concentrazioni di solidi
• Nessun ugello / nessun intasamento
• Non è necessario alcun mezzo di macinazione (ad es. perline)
• Scalabilità lineare
• Facile & funzionamento sicuro
• Facile da pulire
• Tempo- & Efficienza energetica

Il principio di funzionamento dei disintegratori a ultrasuoni a sonda si basa sulla generazione della cavitazione acustica. Attraverso la sonda ad ultrasuoni, le onde ultrasoniche ad alta intensità vengono trasmesse nel mezzo di processo (cioè liquido o liquame). Le onde ultrasoniche viaggiano attraverso il liquido, dove creano cicli alternati di alta pressione e bassa pressione. Durante i cicli di bassa pressione si verificano minuscole bolle di vuoto, le cosiddette bolle di cavitazione. Queste bolle di cavitazione crescono durante diversi cicli di pressione fino a raggiungere una dimensione, dove non possono assorbire più energia. A questo punto, le bolle di cavitazione implodono violentemente e creano localmente condizioni estreme come temperature molto elevate, pressioni, differenziali di temperatura e pressione estremi (a causa di alte velocità di riscaldamento/raffreddamento e fluttuazioni di pressione), micro turbolenze e flussi di liquidi con velocità fino a 180m/s. Queste condizioni mostrano effetti meccanici significativi sulle particelle nel mezzo, poiché i flussi di liquido ad alta velocità accelerano le particelle nel mezzo in modo che le particelle si scontrino. Con la collisione tra le particelle, la materia solida (ad esempio, particelle, fibre, cellule) si erode, si frantuma e viene frammentata in pezzi di dimensioni micron e nanometriche.
Le elevate turbolenze create dall'ultrasonicazione aumentano il trasferimento di massa tra le fasi e favoriscono così la dissoluzione di polveri o reazioni chimiche eterogenee. Questo rende i disintegratori ad ultrasuoni lo strumento preferito per intensificare i processi come la macinazione, la dispersione, l'emulsificazione e la dissoluzione.

Applicazioni dei disintegratori ad ultrasuoni

• Fresatura & smerigliatura
• Deagglomerato & dispersione
• emulsificazione
• Scioglimento delle polveri
• Migliorare il trasferimento di massa
• Reazioni geochimiche

Disintegratori ad ultrasuoni per la riduzione delle dimensioni delle particelle

I disintegratori ad ultrasuoni sono utilizzati per la riduzione delle dimensioni delle particelle e la distribuzione delle particelle, sia che ciò significhi una vera e propria sminuzzatura delle particelle primarie (chiamata fresatura) o la rottura di agglomerati (chiamata deagglomerazione / dispersione).

Distribuzione delle dimensioni delle particelle e immagini SEM di Mg2Si prima e dopo la fresatura ad ultrasuoni (UM). (a) Distribuzione delle dimensioni delle particelle; (b) immagine al SEM prima della fresatura ad ultrasuoni; (c) immagine al SEM dopo la fresatura ad ultrasuoni nel 50% PVP-50% EtOH per 2 ore.
fonte: Marquez-Garcia et al. 2015.

Disintegratori ad ultrasuoni per fresatura & smerigliatura

La cavitazione generata ad ultrasuoni crea intense forze di taglio e quindi una collisione interparticolare correlata. I solidi nel fango fungono da mezzo di macinazione (paragonabile a perle o perle in un mulino per per perle): Vengono accelerati dai flussi di liquido cavitazionale, che raggiungono facilmente velocità fino a 180m/s. Quando le particelle si colpiscono l'un l'altra con una velocità così enorme, si rompono e si frantumano in frammenti delle dimensioni di micron e nano. I disintegratori ad ultrasuoni possono anche rompere le particelle primarie. I reattori a cella a flusso ultrasonico garantiscono il trattamento uniforme di tutte le particelle in modo che la fresatura ad ultrasuoni porti ad una distribuzione granulometrica ridotta.
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Disintegratori ad ultrasuoni per Deagglomerazione & dispersione

I parametri di processo ad ultrasuoni possono essere controllati in modo molto preciso, in modo che i disintegratori ad ultrasuoni possano macinare le particelle primarie quando vengono applicate ampiezze elevate e pressioni elevate. D'altra parte, i sistemi di disintegrazione ad ultrasuoni possono anche essere azionati ad ampiezze più basse e in condizioni più miti, in modo che la struttura e la superficie delle particelle rimangano intatte, ma gli agglomerati si rompono e le singole particelle sono distribuite uniformemente nel liquame.
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Disintegratori ad ultrasuoni per emulsificazione

Quando due liquidi immiscibili (ad es. acqua e olio) vengono sonicati, la cavitazione ultrasonica disturba le goccioline – producendo piccolissime goccioline delle due fasi immiscibili, che vengono poi mescolate insieme. Poiché i disintegratori a ultrasuoni producono facilmente goccioline di dimensioni nanometriche, le emulsioni a ultrasuoni stabilizzate mostrano una stabilità a lungo termine e un chiaro aspetto trasparente.
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Disintegratori ad ultrasuoni per la dissoluzione

I disintegratori ad ultrasuoni sono utilizzati per sciogliere polvere e compresse in una procedura rapida, facile 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, lo scioglimento delle compresse è un compito quotidiano, ad esempio per scopi analitici. Quando le compresse sono esposte ad un ambiente acquoso, la compressa si dissolve lentamente in un processo che richiede molto tempo. Anche con l'uso di un comune agitatore o agitatore a lama, la dissoluzione completa delle compresse rimane un processo che richiede 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 il trasferimento di massa tra la superficie della compressa e il diluente fresco e insaturo continuamente in corso. Questo rende la dissoluzione ad ultrasuoni un processo estremamente rapido ed efficiente, che aiuta ad accelerare la dissoluzione del farmaco.
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Come funziona un disintegratore meccanico?

I disintegratori ad ultrasuoni da laboratorio utilizzano lo stesso principio meccanico dei disintegratori industriali. I sistemi di miscelazione dei disintegratori disintegrano gli agglomerati e gli aggregati, solubilizzano la materia solida o disperdono le particelle solide in miscele liquide. La disintegrazione ad ultrasuoni incorpora una sonda ad ultrasuoni ad alta intensità in un serbatoio batch o in un reattore a cella a flusso in linea. La sonda (sonotrodo) del disintegratore ad ultrasuoni vibra nel liquido ad altissima frequenza e crea un'intensa cavitazione ultrasonica nel liquido. Ogni crollo della bolla di cavitazione si traduce in potenti forze di taglio, che rompono gli agglomerati, gli aggregati e persino le particelle primarie. Inoltre, la cavitazione ultrasonica produce uno streaming cavitazionale ad alta velocità fino a 1000km/h. I getti di liquido cavitazionale colpiscono gli agglomerati di particelle, rompono le pareti delle cellule, migliorano il trasferimento del materiale all'interno del liquame e disperdono i solidi in tutto il volume del liquido. Nel campo della cavitazione ultrasonica, le pressioni si alternano rapidamente e ripetutamente tra il vuoto e fino a 1000 bar. Un miscelatore rotativo con 4 pale di miscelazione dovrebbe funzionare ad una sbalorditiva 300.000 RPM per ottenere la stessa frequenza di cicli di pressione alternati. I miscelatori rotativi convenzionali e i miscelatori a rotore-statore non creano una quantità significativa di cavitazione a causa della loro limitazione di velocità.

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Disintegratori ad ultrasuoni da laboratorio

I dispositivi a ultrasuoni a sonda sono uno strumento molto utile in ogni laboratorio. Una sonda ad ultrasuoni (nota anche come sonotrodo) è una semplice geometria e una barra di titanio facile da pulire che accoppia le vibrazioni ultrasoniche in un liquido. Hielscher produce sonde e punte ad ultrasuoni in una vasta gamma di dimensioni. Per la più comune disintegrazione dei solidi in laboratorio, sono molto utili le sonde ad ultrasuoni di 3, 7, 14 o 22 mm di diametro della punta. Sono disponibili sonde di altre dimensioni e sonde a ultrasuoni di dimensioni personalizzate. I tipici dispositivi ad ultrasuoni per la disintegrazione in laboratorio vanno da 100 a 400 watt di potenza ultrasonica.

Disintegratori industriali ad ultrasuoni

I disintegratori industriali Hielscher sono processori ad ultrasuoni ad alta potenza progettati per la disintegrazione continua e gravosa di grandi flussi di liquami. Questi sistemi industriali sono in grado di gestire facilmente elevate concentrazioni di solidi. Le sonde ad ultrasuoni industriali sono dotate di una flangia che può essere montata su serbatoi in acciaio, reattori in vetro o contenitori in plastica in qualsiasi orientamento. La pressurizzazione del serbatoio di sonicazione o della cella di flusso intensifica la cavitazione acustica e quindi il processo di sonicazione. Le tipiche apparecchiature di disintegrazione industriale ad ultrasuoni vanno da 1000 a 16.000 watt di potenza ultrasonica per sonotrodo.

Industrie, dove la disintegrazione ad ultrasuoni è ampiamente diffusa:

• Disperdere, sciogliere, miscelare formulazioni solido/liquido
• Scienza dei materiali
• Preparazione del campione prima dell'analisi
• Applicazioni di nano-particelle
• Funzionalizzazione delle particelle
• Reazioni di trasferimento di fase
• Cristallizzazione / Precipitazione
• Trasformazione dei prodotti alimentari
• Industria della carta
• Digestione della biomassa

Come acquistare il giusto disintegratore a ultrasuoni?

Hielscher Ultrasonics è da tempo un produttore esperto di disintegratori ad ultrasuoni ad alte prestazioni, che vengono utilizzati per disperdere e rompere le particelle o per sciogliere le polveri nei liquidi. In qualità di leader di mercato, Hielscher progetta, produce e distribuisce disintegratori a ultrasuoni e omogeneizzatori da laboratorio e da banco fino alla scala industriale.

Vi aiutiamo a rispondere alle seguenti domande per trovare il disintegratore ad ultrasuoni più adatto alla vostra applicazione e alle vostre esigenze:

• Qual è la vostra applicazione di destinazione?
• Qual è il volume tipico che deve essere elaborato?
• Quali sono i fattori critici del processo?
• Quali sono gli standard di qualità che devono essere raggiunti?

Il nostro personale ben addestrato ed esperto vi assisterà per qualsiasi domanda e per la concezione del vostro processo. Hielscher Ultrasonics offre una consulenza approfondita sui processi a ultrasuoni per aiutare i nostri clienti a trovare il dispositivo a ultrasuoni ottimale. Ma il servizio di Hielscher non finisce qui, noi formiamo i clienti presso le loro strutture o nel nostro laboratorio di processo a ultrasuoni e centro tecnico per assisterli durante lo sviluppo del processo, l'ottimizzazione e lo scale-up.
Ultrasuoni Hielscher’ I processori industriali ad ultrasuoni forniscono facilmente ampiezze molto elevate, che sono necessarie per rompere particelle dure e agglomerati o per processare fanghi con un'alta concentrazione di solidi. I disintegratori industriali Hielscher possono essere fatti funzionare con ampiezze fino a 200 µm in continuo 24 ore su 24, 7 giorni su 7. Per ampiezze ancora più elevate, sono disponibili sonotrodi ad ultrasuoni personalizzati. Ulteriori accessori come corna di richiamo, celle di flusso, reattori di sonicazione e configurazioni complete di ricircolo sono facilmente disponibili e permettono di configurare il vostro sistema ad ultrasuoni specificato in base alle vostre esigenze di processo.

Sofisticati disintegratori ad ultrasuoni

Hielscher Ultrasonics si concentra sui disintegratori ad alte prestazioni con la massima facilità d'uso e i progressi tecnici più avanzati. Ciò significa che gli standard dei disintegratori da laboratorio Hielscher si adattano sempre più all'intelligenza dei macchinari industriali. L'utente può controllare gli ultrasuoni digitali di Hielscher tramite il telecomando del browser. Il software di registrazione automatica dei dati scrive tutti i parametri ultrasonici importanti come la potenza netta, la potenza totale, l'ampiezza, la temperatura, la pressione, l'ora e la data come file CSV su una scheda SD integrata. Inoltre, il disintegratore a ultrasuoni può essere programmato per lo spegnimento automatico dopo un determinato tempo o un determinato input di energia o per programmare modalità di sonicazione pulsante. I sensori di temperatura e pressione collegabili a spina permettono di tracciare con attenzione le condizioni del campione. Poiché il controllo della temperatura dei materiali sensibili al calore è un fattore cruciale per la qualità dei risultati del processo, Hielscher offre varie soluzioni per mantenere la temperatura del processo nell'intervallo di temperatura desiderato.
Le sofisticate funzioni degli ultrasuoni Hielscher assicurano il massimo controllo del processo, risultati di sonicazione affidabili e riproducibili, facilità d'uso e comfort di lavoro.
Ultrasuoni Hielscher’ I processori industriali ad ultrasuoni possono fornire ampiezze molto elevate. Ampiezze fino a 200 µm possono essere facilmente gestite in continuo 24 ore su 24, 7 giorni su 7. Per ampiezze ancora più elevate, sono disponibili sonotrodi ad ultrasuoni personalizzati. La capacità di eseguire ampiezze così elevate consente ai nostri clienti di fresare le particelle primarie in modo efficace fino alle nano-dimensioni. La robustezza delle apparecchiature a ultrasuoni di Hielscher consente il funzionamento 24/7 in condizioni di lavoro gravose e in ambienti difficili.

qualità – Prodotto in Germania

Come azienda a conduzione familiare e a conduzione familiare, Hielscher è orgogliosa dell'alta qualità dei suoi processori a ultrasuoni. Tutti gli ultrasuoni sono progettati, prodotti e testati nella nostra sede centrale di Teltow vicino a Berlino, Germania. La robustezza delle apparecchiature a ultrasuoni di Hielscher consente un funzionamento 24 ore su 24, 7 giorni su 7, in condizioni di lavoro gravose e in ambienti difficili.

È possibile acquistare disintegratori ad ultrasuoni Hielscher in tutte le diverse dimensioni e la fascia di prezzo offre un ultrasuono a prezzi accessibili che si adatta al vostro budget. Dalla disintegrazione di particelle in piccole fiale da laboratorio alla disintegrazione a flusso continuo di fanghi nella produzione industriale, Hielscher Ultrasonics ha un disintegratore adatto a voi! Contattateci – siamo lieti di consigliarvi l'ecografo più adatto!
La tabella seguente fornisce un'indicazione della capacità di lavorazione approssimativa dei nostri ultrasuoni: