Omogeneizzatore ad ultrasuoni

L'omogeneizzazione ad ultrasuoni è un processo meccanico per ridurre le piccole particelle in un liquido in modo che diventino uniformemente piccole e uniformemente distribuite. Hielscher offre omogeneizzatori ad ultrasuoni per applicazioni in laboratorio e su scala di produzione.

Impatto dell'omogeneizzazione

Quando si utilizzano processori ad ultrasuoni come omogeneizzatori, l'obiettivo è quello di ridurre le piccole particelle in un liquido per migliorare l'uniformità e la stabilità. Queste particelle (fase di dispersione) possono essere solide o liquide. Una riduzione del diametro medio delle particelle aumenta il numero delle singole particelle. Questo porta ad una riduzione della distanza media delle particelle e aumenta l'area superficiale delle particelle. Il grafico (clicca per ingrandire la visuale) mostra la correlazione tra il diametro delle singole particelle e l'area totale della superficie. L'area superficiale e la distanza media delle particelle possono influenzare la reologia di un liquido.

Se c'è una differenza di peso specifico tra le particelle e il liquido, l'omogeneità della miscela può influenzare la stabilità della dispersione. Se la dimensione delle particelle è simile per la maggior parte delle particelle, la tendenza ad agglomerarsi durante la sedimentazione o l'aumento si riduce, perché le particelle simili hanno una velocità simile di aumento o di sedimentazione.

Omogeneizzatore ad alta pressione

Il meccanismo più comune per l'omogeneizzazione è l'omogeneizzazione ad alta pressione. Qui il liquido viene pressato ad alta pressione (circa 2000 barg) attraverso una valvola di omogeneizzazione. Passando la valvola, il liquido subisce un breve (circa 50microsec.) ciclo ad alta pressione a bassa pressione.
Mentre questo meccanismo funziona bene per le piccole particelle morbide, come i globuli di grasso nel latte, ha i suoi limiti quando viene utilizzato per dispersioni di materiali duri e abrasivi, come pigmenti, mezzi di lucidatura o ossidi metallici, o materiali fibrosi e filamentosi, come puree di frutta, alghe o fanghi. Ciò è dovuto alle elevate velocità del liquido (fino a 120mtr/sec) e ai piccoli orifizi delle valvole utilizzate. Quando il materiale abrasivo passa attraverso le pompe e l'orifizio della valvola, causa usura. Questo riduce l'efficienza e la durata della pompa e della valvola.

Vantaggi dell'omogeneizzazione ad ultrasuoni

L'omogeneizzazione ad ultrasuoni è molto efficace per la riduzione di particelle morbide e dure. L'omogeneizzazione si basa sulla cavitazione. Quando i liquidi sono esposti ad un'intensa ultrasonicazione, le onde sonore si propagano attraverso il liquido provocando cicli alternati ad alta e bassa pressione (circa 20000 cicli/sec.). Durante il ciclo a bassa pressione, nel liquido si formano piccole bolle di vuoto ad alta intensità, man mano che si raggiunge la tensione di vapore del liquido.
Quando le bolle raggiungono una certa dimensione, collassano violentemente durante un ciclo ad alta pressione. Durante questa implosione si generano localmente pressioni molto elevate e getti di liquido ad alta velocità. Le correnti e le turbolenze che ne derivano perturbano gli agglomerati di particelle e portano a violente collisioni tra le singole particelle.

Uno dei principali vantaggi degli omogeneizzatori ad ultrasuoni è il basso numero di parti bagnate e in movimento. Questo riduce l'usura per attrito e i tempi di pulizia. Ci sono solo due parti bagnate: Il sonotrodo e la cella di flusso. Entrambi hanno geometrie semplici e non hanno orifizi piccoli o nascosti.

Un altro vantaggio è l'esatto controllo dei parametri operativi che influenzano la cavitazione. I processori ad ultrasuoni Hielscher possono essere utilizzati con ampiezze di oscillazione da circa 1 a 200 micron. La pressione del liquido può variare da 0 a circa 500 psig. Poiché l'ampiezza e la pressione sono i parametri più influenti, l'ampio campo operativo di ciascun parametro consente un'elaborazione da molto delicata a molto distruttiva.

I dispositivi ad ultrasuoni Hielscher sono controllati in ampiezza. In questo modo, l'ampiezza regolata sarà mantenuta in tutte le condizioni operative. Questo rende l'ultrasonicazione controllabile e ripetibile. L'sonicazione con parametri operativi identici produrrà risultati coerenti e riproducibili. Questo è importante per la qualità del materiale prodotto e per la scalabilità dei risultati di processo dal laboratorio al livello di produzione.

Omogeneizzazione a qualsiasi scala

Hielscher produce dispositivi ad ultrasuoni per l'omogeneizzazione di qualsiasi volume di campione da per batch o inline elaborazione. Apparecchi ad ultrasuoni da laboratorio può essere utilizzato per volumi da 1,5 ml a circa 2 litri. Dispositivi industriali ad ultrasuoni sono utilizzati per lo sviluppo del processo e la produzione di lotti da 0,5 a circa 2000L o portate da 0,1L a 20m³ all'ora.

La tabella che segue, indica le raccomandazioni generali dell'apparecchio a seconda del volume del lotto o della portata da elaborare. Fare clic sul tipo di dispositivo per ottenere maggiori informazioni su ogni dispositivo.