Miscelatori a ultrasuoni in linea ad alto taglio
I sonicatori ad alto taglio per i processi di miscelazione in linea offrono diversi vantaggi rispetto agli omogeneizzatori colloidali convenzionali. L’impiego di ultrasuoni ad alta potenza per la miscelazione consente ai miscelatori a ultrasuoni ad alto taglio Hielscher di produrre sospensioni colloidali ed emulsioni uniformemente disperse su scala nanometrica. Gli omogeneizzatori a ultrasuoni in linea possono trattare qualsiasi volume e viscosità e possono gestire anche particelle molto abrasive.
Miscelazione in linea ad alto taglio con ultrasuoni di potenza
L’omogeneizzazione in linea di sospensioni solido-liquido o liquido-liquido è un’applicazione necessaria nella produzione di molteplici materiali e prodotti. I miscelatori a ultrasuoni in linea ad alto taglio sono utilizzati in numerosi settori, tra cui la produzione di vernici, pigmenti e inchiostri, polimeri e compositi, combustibili, alimenti e bevande, integratori alimentari, prodotti farmaceutici, cosmetici e prodotti per la cura della persona. Gli omogeneizzatori a ultrasuoni in linea ad alto taglio sono utilizzati per la miscelazione, la dispersione, la deagglomerazione, l’emulsificazione, la bagnatura, la dissoluzione e la micromacinazione delle particelle. Un particolare punto di forza dei miscelatori a ultrasuoni in linea ad alto taglio è la capacità di trattare in modo affidabile i nanomateriali (ad es. nanodispersioni, nanoemulsioni).
I miscelatori a ultrasuoni in linea ad alto taglio gestiscono grandi volumi, elevate concentrazioni di solidi e particelle abrasive.
Come funziona la miscelazione a ultrasuoni ad alto taglio?
La miscelazione e l’omogeneizzazione a ultrasuoni ad alto taglio si basano sul principio della cavitazione acustica. Quando i liquidi vengono sottoposti a sonicazione ad alta intensità, le onde ultrasoniche si propagano attraverso il mezzo liquido e generano cicli alternati di alta pressione (compressione) e bassa pressione (rarefazione). I sonicatori ad alta potenza operano a una frequenza di circa 20kHz. Ciò significa 20.000 vibrazioni al secondo. Durante il ciclo di bassa pressione, le onde ultrasoniche ad alta intensità creano piccole bolle di vuoto nel liquido. Quando la bolla di cavitazione raggiunge una dimensione tale da non poter più assorbire energia, collassa violentemente durante un ciclo di alta pressione. Questo fenomeno di implosione delle bolle è noto con il termine tecnico “cavitazione”. Durante l’implosione si raggiungono localmente temperature molto elevate (circa 5.000K) e pressioni molto elevate (circa 2.000atm). L’implosione della bolla di cavitazione genera inoltre getti di liquido con velocità fino a 280m/s. (cfr. Suslick 1998)
Queste forze estremamente intense e disgreganti forniscono energia sufficiente per macinare, deagglomerare e disperdere le particelle nei fluidi e rendono i miscelatori a ultrasuoni ad alto taglio la tecnologia di trattamento per eccellenza. Sono quindi utilizzati come tecnica di produzione e trattamento, soprattutto nei settori in cui la nanotecnologia e i nanomateriali svolgono un ruolo cruciale per le prestazioni e la qualità dei prodotti.
Efficienza di processo ed energetica superiore con i miscelatori a ultrasuoni
I processori a ultrasuoni Hielscher hanno un’eccezionale efficienza energetica di >85%. Ciò riduce i costi operativi dell’energia elettrica e migliora le prestazioni di trattamento. Kusters et al. (1994) concludono nel loro studio che la frammentazione a ultrasuoni è altrettanto efficiente della macinazione convenzionale.
Applicando pressione e ottimizzando il processo a ultrasuoni, la tecnologia di miscelazione a ultrasuoni supera spesso di gran lunga i metodi di miscelazione convenzionali, come i miscelatori a lame rotanti, gli omogeneizzatori ad alta pressione o i mulini a sfere.
In un altro studio, Pohl et al. (2004) hanno confrontato l’efficienza di trattamento della dispersione a ultrasuoni della silice con altri metodi di miscelazione ad alto taglio, ad esempio con un IKA Ultra-Turrax (sistema rotore-statore). Pohl et al. hanno confrontato la riduzione delle dimensioni delle particelle di Aerosil 90 (2%wt) in acqua mediante un Ultra-Turrax (sistema rotore-statore) a diverse impostazioni con quella ottenuta mediante un miscelatore a ultrasuoni ad alto taglio Hielscher UIP1000hd con cella di flusso in modalità continua. Lo studio di Pohl et al. conclude che “a energia specifica EV costante, gli ultrasuoni sono più efficaci del sistema rotore-statore” e che “la frequenza ultrasonica applicata nell’intervallo da 20 kHz a 30 kHz non ha effetti rilevanti sul processo di dispersione.”
- elevata efficienza
- per particelle micrometriche e nanometriche
- funzionamento continuo in linea
- per qualsiasi volume
- possono trattare viscosità molto elevate
- possono gestire particelle abrasive
- senza parti mobili (nessun rotore o lama)
- senza mezzi di macinazione (nessuna sfera)
- CIP (pulizia in loco)
Riduzione delle dimensioni delle particelle di idrossiapatite di calcio mediante ultrasuoni (concentrazione di solidi del 30%, 150Ws/g US)
UIP4000hdT, un potente miscelatore industriale ad alto taglio da 4000watts per il trattamento in linea, ad es. macinazione a umido, dispersione, emulsificazione e dissoluzione di sospensioni colloidali.
Dove acquistare il vostro miscelatore a ultrasuoni in linea ad alto taglio?
Hielscher Ultrasonics è il vostro partner di fiducia per i processi di sonicazione ad alte prestazioni, come la macinazione, la dispersione, l’emulsificazione e la dissoluzione a ultrasuoni. I miscelatori a ultrasuoni in linea ad alto taglio Hielscher possono erogare ampiezze molto elevate. È possibile operare facilmente e in modo continuo con ampiezze fino a 200µm in funzionamento 24/7/365. Per ampiezze ancora maggiori sono disponibili sonotrodi a ultrasuoni personalizzati. Un’ampia varietà di reattori a ultrasuoni in linea e di ulteriori accessori consente di ottenere la configurazione ideale per la vostra applicazione a ultrasuoni (ad es. emulsificazione in linea, riduzione delle dimensioni delle particelle e omogeneizzazione).
Software intelligente, menu digitale tramite display touch, registrazione automatica dei dati e controllo remoto tramite browser sono caratteristiche degli omogeneizzatori a ultrasuoni ad alto taglio Hielscher che rendono il funzionamento particolarmente intuitivo e semplice. La tecnologia di pulizia in loco (CIP) rende pratico l’utilizzo del miscelatore a ultrasuoni ad alto taglio. Robustezza, affidabilità, semplicità di installazione e utilizzo, nonché ridotte esigenze di manutenzione, sono ulteriori caratteristiche che facilitano il lavoro quotidiano con i sonicatori Hielscher.
Contattateci ora per saperne di più su come un miscelatore a ultrasuoni in linea ad alto taglio può migliorare il trattamento dei vostri sistemi solido-liquido e liquido-liquido! Il nostro team, ben preparato e con una lunga esperienza, sarà lieto di assistervi fornendo ulteriori informazioni sulle applicazioni e sui prezzi.
La tabella seguente fornisce un’indicazione della capacità di trattamento approssimativa dei nostri sonicatori:
| Volume del lotto | Portata | Dispositivi consigliati |
|---|---|---|
| da 1 a 500mL | da 10 a 200mL/min | UP100H |
| da 10 a 2000mL | da 20 a 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| da 0,1 a 20L | da 0,2 a 4L/min | UIP2000hdT |
| da 10 a 100L | da 2 a 10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | da 10 a 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | superiore | gruppo di UIP16000 |
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Hielscher Ultrasonics produce omogeneizzatori a ultrasuoni ad alte prestazioni per applicazioni di miscelazione, dispersione, emulsificazione ed estrazione su scala di laboratorio, pilota e industriale.
Bibliografia / Riferimenti
- Brad W. Zeiger; Kenneth S. Suslick (2011): Sonofragmentation of Molecular Crystals. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 37, 14530–14533.
- Suslick, K. S. (1998): Sonochemistry. in: Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology, 4th Ed. J. Wiley & Sons, New York, vol. 26, 1998. 517-541.
- Kusters, K. A.; Pratsinis, S. E.; Thomas, S. G. and Smith, D. M. (1994): Energy-size reduction laws for ultrasonic fragmentation. Powder Technology 80, 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.
- Pohl, M. and Schubert, H. (2004): Dispersion and deagglomeration of nanoparticles in aqueous solutions. PARTEC 2004.
Ultrasuoni ad alte prestazioni! La gamma di prodotti Hielscher copre l’intero spettro, dal sonicatore compatto da laboratorio alle unità da banco, fino ai sistemi a ultrasuoni completamente industriali.