Miscelazione ad alto taglio con ultrasuoni
I miscelatori ad alto taglio applicano elevate forze di taglio ai liquidi e alle sospensioni per garantire la dispersione, la miscelazione e l’emulsificazione uniformi di due o più fasi liquido-solido o liquido-liquido. La sonicazione genera elevate forze di taglio attraverso la cavitazione acustica, che si verifica quando gli ultrasuoni ad alta potenza vengono accoppiati ai liquidi. I miscelatori a ultrasuoni ad alto taglio rappresentano una tecnologia di miscelazione superiore, che supera facilmente le prestazioni dei comuni miscelatori a pale ad alto taglio, miscelatori multialbero, omogeneizzatori ad alta pressione, mulini colloidali e agitatori a pale.
I vantaggi dei miscelatori a ultrasuoni ad alto taglio
I miscelatori a ultrasuoni ad alto taglio sono disponibili dagli omogeneizzatori da laboratorio da 50W fino ai sistemi di miscelazione industriali da 16.000W. L’ampia gamma di miscelatori a ultrasuoni ad alto taglio da laboratorio, da banco e industriali consente di scegliere il miscelatore a ultrasuoni ad alto taglio ideale per la vostra applicazione e il vostro volume di produzione.
Le elevate ampiezze della sonda a ultrasuoni generano un’intensa cavitazione con flussi di liquido ad alta velocità e turbolenze complesse. Le intense sollecitazioni di taglio idrauliche e meccaniche generate dagli ultrasuoni riducono particelle e goccioline a dimensioni micrometriche e nanometriche. Poiché i parametri del processo di sonicazione possono essere controllati e regolati con precisione, l’effetto della miscelazione, della macinazione o della dispersione può essere adattato con precisione al materiale e all’obiettivo del processo. I miscelatori a ultrasuoni ad alto taglio riducono i tempi di miscelazione / macinazione e producono in modo affidabile dispersioni fini e ultrafini.
Il miscelatore a ultrasuoni può essere utilizzato per processi in lotti e a flusso in linea. La varietà di celle di flusso e reattori a ultrasuoni consente di miscelare flussi con portate e viscosità molto diverse. Il miscelatore a ultrasuoni ad alto taglio può gestire concentrazioni di solidi molto elevate e anche le particelle fortemente abrasive non rappresentano un problema.
Come funziona la miscelazione ad alto taglio mediante sonicazione?
I miscelatori a ultrasuoni ad alto taglio utilizzano lo stesso principio meccanico dei sistemi di miscelazione industriali, quali miscelatori a pale ad alto taglio, miscelatori multialbero, mulini colloidali, omogeneizzatori ad alta pressione e sistemi con agitatori a pale. I sistemi di miscelazione a ultrasuoni vengono utilizzati per disperdere e macinare particelle, emulsionare fasi oleose e acquose, solubilizzare sostanze solide e produrre miscele omogenee di qualsiasi tipo di materiale in liquidi e sospensioni. I miscelatori a ultrasuoni ad alto taglio integrano una sonda a ultrasuoni in un recipiente di miscelazione, ad esempio un serbatoio per il trattamento in lotti o una cella di flusso. La sonda del disgregatore a ultrasuoni vibra nel liquido a una frequenza molto elevata e genera un’intensa cavitazione ultrasonica nel liquido. Il collasso delle bolle di cavitazione genera potenti forze di taglio che disgregano e frammentano goccioline, agglomerati, aggregati e persino particelle primarie. Poiché la cavitazione ultrasonica genera flussi cavitazionali ad alta velocità, fino a 1000km/h, i getti di liquido cavitazionali accelerano le particelle. Quando le particelle accelerate si scontrano tra loro, agiscono come corpi macinanti. Di conseguenza, le particelle che si scontrano si frantumano e vengono ridotte a dimensioni micrometriche o nanometriche. 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 pale dovrebbe funzionare alla straordinaria velocità di 300.000 RPM per ottenere la stessa frequenza dei 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.
Miscelatore a ultrasuoni ad alto taglio UIP2000hdT, una potente unità di miscelazione da 2kW
Suggerimento di processo: miscelazione a ultrasuoni sotto pressione
L’applicazione di pressione al reattore a ultrasuoni o alla cella di flusso intensifica la cavitazione acustica. Hielscher Ultrasonics fornisce vari tipi di celle di flusso e reattori, che possono essere facilmente pressurizzati fino a 5 barg. I reattori a ultrasuoni personalizzati possono gestire pressioni superiori, fino a 300barg.
Miscelatori a ultrasuoni ad alto taglio e loro applicazioni
I miscelatori a ultrasuoni ad alto taglio generano intense forze di taglio, che esercitano l’azione necessaria su particelle quali solidi, goccioline, cristalli e fibre per disgregarle e ridurle a una dimensione prestabilita, che può essere nell’intervallo micrometrico o nanometrico. A seconda della durezza e della fragilità dei materiali, i parametri del processo a ultrasuoni possono essere regolati con precisione per ottenere il risultato di miscelazione desiderato. Rispetto a metodi di miscelazione alternativi, quali agitatori a pale ad alto taglio, omogeneizzatori ad alta pressione, mulini colloidali / a sfere, miscelatori ad albero ecc., i disgregatori a ultrasuoni offrono alcuni importanti vantaggi.
Vantaggi dei miscelatori a ultrasuoni ad alto taglio
- Cavitazione e taglio ad alta intensità
- Trattamento uniforme delle particelle
- Elevate concentrazioni di solidi
- Nessun ugello / nessuna ostruzione
- Nessun corpo macinante (ad es. sfere) necessario
- Scalabilità lineare
- Funzionamento semplice e sicuro
- Facilità di pulizia
- Efficienza in termini di tempo ed energia
Miscelatori a ultrasuoni ad alto taglio per la riduzione delle dimensioni delle particelle
I disgregatori a ultrasuoni vengono utilizzati per la riduzione delle dimensioni e la distribuzione delle particelle, sia che si tratti della vera e propria comminuzione delle particelle primarie (denominata macinazione), sia della rottura degli agglomerati (denominata deagglomerazione / dispersione).
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Miscelatori a ultrasuoni ad alto taglio per l’emulsificazione
Quando due liquidi immiscibili (ad es. acqua e olio) vengono sottoposti a sonicazione mediante un miscelatore a ultrasuoni a sonda, la cavitazione ultrasonica frammenta le goccioline – producendo goccioline molto piccole delle due fasi immiscibili, che vengono poi miscelate tra loro. Poiché i miscelatori a ultrasuoni ad alto taglio producono facilmente goccioline di dimensioni nanometriche, le emulsioni stabilizzate ottenute mediante ultrasuoni presentano una stabilità a lungo termine e un aspetto limpido e trasparente.
Poiché ogni tipo di emulsione ha una propria soglia di emulsificazione / taglio, alla quale si ottengono dimensioni e caratteristiche ottimali delle goccioline, la regolazione precisa dei parametri di miscelazione è fondamentale. Un taglio troppo basso produce goccioline troppo grandi, che coalescono rapidamente e causano la separazione delle fasi, mentre un taglio troppo elevato può distruggere il prodotto. I miscelatori a ultrasuoni ad alto taglio possono essere controllati con precisione e regolati in base alle esigenze del processo.
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Miscelatore a ultrasuoni ad alto taglio UP200Ht per l’emulsificazione
Miscelatori a ultrasuoni ad alto taglio per la miscelazione e la dissoluzione
I miscelatori a ultrasuoni ad alto taglio vengono utilizzati per miscelare, macinare, disperdere e dissolvere particelle quali polveri, pigmenti e fibre con un processo rapido, affidabile e semplice. La cavitazione generata dagli ultrasuoni aumenta il trasferimento di massa tra i solidi e il liquido. La cavitazione ultrasonica esercita una forte azione sulle particelle solide: i flussi di liquido cavitazionali erodono la superficie dei solidi e trasportano i frammenti erosi nel liquido, producendo così una sospensione omogenea.
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Applicazioni dei miscelatori a ultrasuoni ad alto taglio
- Macinazione e triturazione
- Deagglomerazione e dispersione
- Emulsificazione
- Dissoluzione di polveri
- Miglioramento del trasferimento di massa
- Reazioni sonochimiche
La SonoStation – un sistema a ultrasuoni con 2x sonicatori da 2kW, serbatoio agitato e pompa – è un sistema facile da usare per applicazioni di miscelazione, macinazione e dispersione.
Miscelatori ad alto taglio di ogni dimensione
Hielscher Ultrasonics progetta, produce e distribuisce miscelatori ad alto taglio ad alte prestazioni, dal dispositivo da laboratorio compatto ma potente ai miscelatori ad alto taglio pilota e industriali per il trattamento di flussi di grande volume su scala di produzione commerciale.
Miscelatori ad alto taglio per il laboratorio
I miscelatori a ultrasuoni a sonda sono strumenti consolidati in ogni laboratorio. Poiché i processi a ultrasuoni possono essere scalati linearmente fino a grandi volumi, i miscelatori a ultrasuoni ad alto taglio Hielscher sono ideali per sviluppare e ottimizzare il vostro processo su piccola scala. Una volta definiti i parametri di processo ottimali, la vostra applicazione di miscelazione può essere scalata linearmente fino alla produzione pilota e su larga scala.
Hielscher offre miscelatori a ultrasuoni ad alto taglio per attività su scala di laboratorio con una potenza di miscelazione a ultrasuoni da 50 a 400 watt.
Miscelatori ad alto taglio per l’industria
I miscelatori industriali ad alto taglio Hielscher sono processori a ultrasuoni ad alta potenza progettati per macinare, disperdere, emulsionare e miscelare grandi flussi di sospensioni in condizioni di lavoro gravose. Questi miscelatori industriali gestiscono facilmente elevate concentrazioni di solidi e particelle abrasive. Le sonde (sonotrodi) dei miscelatori industriali a ultrasuoni ad alto taglio sono dotate di una flangia, che consente di integrare il miscelatore in serbatoi di acciaio, recipienti di vetro o contenitori di plastica con qualsiasi orientamento. Ciò consente di pressurizzare il recipiente di sonicazione. L’applicazione di pressione al recipiente a ultrasuoni o alla cella di flusso intensifica la cavitazione acustica e, di conseguenza, il processo di miscelazione a ultrasuoni. Hielscher Ultrasonics offre miscelatori industriali ad alto taglio da 500 a 16.000 watt. Con UIP16000, Hielscher offre il miscelatore a ultrasuoni ad alto taglio più potente al mondo.
Materiali ad alta viscosità? – Nessun problema! Tutti i processori a ultrasuoni Hielscher delle categorie da banco e industriali possono trattare facilmente sospensioni viscose fino a 250.000 centipoise. Per viscosità superiori a 2.000 cPs, consigliamo l’utilizzo di celle di flusso in combinazione con pompe a cavità progressiva per migliorare l’accoppiamento delle onde ultrasoniche al fluido.
Come trovare il miscelatore a ultrasuoni ad alto taglio giusto?
Hielscher Ultrasonics è un produttore con una lunga esperienza nella realizzazione di sistemi di miscelazione a ultrasuoni ad alto taglio potenti e affidabili, utilizzati per disperdere e frammentare particelle, preparare nanoemulsioni o dissolvere polveri nei liquidi. In qualità di leader di mercato nei miscelatori a ultrasuoni, Hielscher progetta, produce e distribuisce miscelatori ad alto taglio e omogeneizzatori a ultrasuoni dalla scala di laboratorio e da banco fino alla scala pilota e pienamente industriale.
Rispondere alle seguenti domande vi aiuterà a trovare il miscelatore ad alto taglio più adatto al vostro processo:
- Qual è la vostra applicazione di destinazione?
- Qual è il volume tipico da trattare?
- Quali sono i fattori critici del processo?
- Quali sono gli standard di qualità da raggiungere?
Il nostro personale qualificato ed esperto vi assisterà per qualsiasi domanda e nella progettazione del vostro processo di miscelazione. Hielscher Ultrasonics offre una consulenza approfondita sul trattamento a ultrasuoni per aiutare i clienti a trovare il miscelatore a ultrasuoni ad alto taglio più adatto. Il servizio di Hielscher prosegue anche con la formazione dei clienti, presso le loro strutture oppure nel nostro laboratorio di processi a ultrasuoni e centro tecnico, per assisterli durante lo sviluppo, l’ottimizzazione e lo scale-up del processo.
I processori industriali a ultrasuoni di Hielscher Ultrasonics erogano facilmente ampiezze molto elevate, necessarie per frammentare particelle dure e agglomerati o per trattare sospensioni con un’elevata concentrazione di solidi. I miscelatori industriali Hielscher funzionano facilmente con ampiezze fino a 200µm in funzionamento continuo 24/7. Se processi specifici richiedono ampiezze ancora maggiori, sono disponibili sonde a ultrasuoni personalizzate. Accessori quali amplificatori di ampiezza, celle di flusso, reattori di sonicazione e sistemi completi di ricircolo sono prontamente disponibili e consentono di configurare il vostro sistema di miscelazione a ultrasuoni adattandolo in modo ottimale alle esigenze del processo. Tutti i sonotrodi e i reattori, che sono le uniche parti a entrare in contatto con il mezzo, sono idonei alla CIP/SIP (pulizia e sterilizzazione in loco).
Miscelatori a ultrasuoni ad alto taglio avanzati
Hielscher Ultrasonics si concentra su disgregatori cellulari ad alte prestazioni con la massima facilità d’uso e tecnologie all’avanguardia. Ciò significa che gli standard dei disgregatori da laboratorio Hielscher si avvicinano sempre più alle funzionalità 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, quali potenza netta, potenza totale, ampiezza, temperatura, pressione, ora e data, come file CSV su una scheda SD integrata. Inoltre, il disgregatore a ultrasuoni può essere programmato per lo spegnimento automatico dopo un tempo prestabilito o un apporto energetico specifico, oppure per modalità di sonicazione pulsata. I sensori di temperatura e pressione collegabili consentono di monitorare accuratamente le condizioni del campione. Poiché il controllo della temperatura dei materiali termosensibili è un fattore fondamentale per la qualità dei risultati del processo, Hielscher offre varie soluzioni per mantenere la temperatura di processo nell’intervallo di temperatura desiderato.
Le funzioni avanzate dei sonicatori Hielscher garantiscono il massimo controllo del processo, risultati di sonicazione affidabili e riproducibili, facilità d’uso e comfort operativo.
Qualità – Prodotto in Germania
In quanto azienda a proprietà e gestione familiare, Hielscher dà priorità ai più elevati standard di qualità per i propri processori a ultrasuoni. Tutti i sonicatori vengono progettati, prodotti e accuratamente collaudati presso la nostra sede centrale a Teltow, vicino a Berlino, in Germania. La robustezza e l’affidabilità delle apparecchiature a ultrasuoni Hielscher le rendono strumenti instancabili nella vostra produzione. Il funzionamento 24/7 a pieno carico e in ambienti impegnativi è una caratteristica naturale dei miscelatori Hielscher ad alte prestazioni.
Potete acquistare miscelatori a ultrasuoni ad alto taglio Hielscher in diverse dimensioni e configurati per il vostro processo. Dal trattamento di fluidi in un piccolo becher da laboratorio alla miscelazione continua di sospensioni in flusso su scala industriale, Hielscher Ultrasonics offre il miscelatore ad alto taglio adatto a voi! Contattateci – saremo lieti di consigliarvi la configurazione ideale del miscelatore a ultrasuoni!
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 |
Contattateci! / Chiedeteci informazioni!
Omogeneizzatori a ultrasuoni ad alta potenza dalla scala di laboratorio alla scala pilota e industriale .
Informazioni utili
I sonicatori e il loro utilizzo come miscelatori ad alto taglio
I sonicatori sono dispositivi a ultrasuoni a sonda, caratterizzati dalla trasmissione delle vibrazioni ultrasoniche al mezzo da trattare attraverso una sonda a ultrasuoni. La sonda, nota anche come sonotrodo, è un’asta di titanio che vibra a una frequenza ultrasonica, ad es. 20kHz. Vibrare a 20 kHz significa che la superficie orizzontale della sonda si espande e si contrae 20.000 volte al secondo. Questi rapidi movimenti nell’intervallo di frequenza ultrasonico, all’estremità della sonda, vengono accoppiati al fluido. Nel fluido, le onde ultrasoniche si propagano attraverso il mezzo e generano cicli alternati di alta pressione / bassa pressione. Durante il ciclo di bassa pressione si formano minuscole bolle di vuoto, che crescono nel corso di diversi cicli di pressione fino a raggiungere un punto in cui non possono assorbire ulteriore energia. Al punto di massima crescita, la bolla di cavitazione esplode violentemente. L’implosione genera un campo ad alta densità energetica con temperature e pressioni molto elevate, rispettivi differenziali di temperatura e pressione, flussi di liquido con velocità fino a 180m/sec e turbolenze. Questa energia cavitazionale esercita una forte azione sui liquidi e sulle sospensioni, producendo risultati straordinari di miscelazione, amalgamazione, macinazione, dispersione ed emulsificazione. I miscelatori a ultrasuoni ad alto taglio producono facilmente particelle e goccioline di dimensioni nanometriche con una distribuzione dimensionale delle particelle / goccioline molto stretta.
Leggete qui quali sono le differenze tra il trattamento mediante cavitazione ultrasonica / acustica e quello mediante cavitazione idrodinamica!
Settori comuni di utilizzo dei miscelatori a ultrasuoni ad alto taglio
- Dispersione, dissoluzione e miscelazione di formulazioni solido/liquido
- Emulsificazione
- Scienza dei materiali
- Preparazione dei campioni prima dell’analisi
- Applicazioni con nanoparticelle
- Funzionalizzazione delle particelle
- Reazioni di trasferimento di fase
Bibliografia / Riferimenti
- Pohl M.; Schubert H. (2004): Dispersion and deagglomeration of nanoparticles in aqueous solutions. International Congress for Particle Technology PARTEC 2004; Nuremberg, Germany.
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- Pekarovicova, A.; Pekarovic, J. (2009): Emerging Pigment Dispersion Technologies. Pira International (2009).
- S.E. Karekar; B.A. Bhanvase; S.H. Sonawane; M.P. Deosarkar; D.V. Pinjari; A.B. Pandit(2014): Synthesis of zinc molybdate and zinc phosphomolybdate nanopigments by an ultrasound assisted route: Advantage over conventional method. Chemical Engineering and Processing 87; Nov. 2014.