Homogenisatoren – Funktiounsprinzip, Asaz a Skaléierung

Homogenisatore sinn eng Zort Mëschapparater, déi mechanesch Kräfte benotzen, fir Flëssegkeet-Flëssegkeet- a Feststoff-Flëssegkeet-Systemer ze vermëschen, ze emulgéieren, ze dispergéieren an opzeléisen. Jee nom Modell vum Homogenisator gi Schéierkräfte duerch Rotatioun, Düsen oder Héichleeschtungsultraschall agesat, fir déi néideg Kräfte fir d’Desintegratioun an d’Zerbrieche vu feste Partikelen a Flëssegkeetsdrëpsen ze erzeugen. Fannt méi iwwer Homogenisatoren an hir Uwendungen an der Fuerschung an an der Produktioun eraus!

Wat ass en Homogenisator?

En Homogenisator ass eng Zort Mëschapparat, deen entwéckelt ass, fir souwuel fest wéi och flësseg Partikelen ze zerbriechen an zu enger eenheetlecher Mëschung ze verschaffen. Homogenisatore sinn als Laborapparater, Dëschapparater an Industrieanlagen disponibel a gi fir verschidden Uwendungen an der Fuerschung an an der Industrie agesat. Zu den typeschen Uwendunge vun Homogenisatore gehéieren d’Mëschen an d’Desintegratioun vu verschiddene Materialien, dorënner Partikelen, Pigmenter, Chemikalien, Planzen, Liewensmëttel, Zellen a Geweber.

Kontaktéiert eis, fir méi iwwer Homogenisatoren, Ultraschallbehandlung an d’Méiglechkeeten ze gewuer ze ginn, wéi Dir eis Ultraschallapparater fir Äre Prozess asetze kënnt!

Iwwerbléck iwwer verschidden Zorte vun Homogenisatoren

Verschidden Zorte vun Homogenisatore sinn am Handel fir den Asaz als Dëschapparater an an der industrieller Groussproduktioun disponibel. Rotor/Stator-Mëscher (Kolloidmëscher), Héichdrockhomogenisatoren an Ultraschallhomogenisatore sinn awer déi am meeschte verbreet Modeller.
Réierrad- oder Messermëscher hunn e rotéierend Mëscherblat, dat sech mat héijer Vitess um Buedem vum Mëschbehälter dréit an esou verschidde Materialien zu enger homogener Mëschung zesummeféiert.
Wéi den Numm Rotor/Stator-Mëscher scho seet, huet esou e Mëscher e Rotor an e Stator. De Rotor ass eng Metallwell, déi sech mat héijer Vitess am Stator dréit. De Stator ass dat Metalldeel, dat onbeweeglech bleift. D’Rotatioun vum Rotor erzeugt e Saugeffekt, deen d’Feststoff-Flëssegkeet-Material tëscht de Stator an de Rotor beweegt, wou d’Feststoffer op eng méi kleng Partikelgréisst zerkleinert ginn.
De Funktiounsprinzip vum Héichdrockhomogenisator (HPH) baséiert op der Benotzung vun enger Héichdrockpompel an engem Ventil (Düs, Ëffnung), wat den Apparat grouss, schwéier an deier mécht. Déi verschaffte Feststoffsuspensioun gëtt mat héijer Stréimungsvitess duerch eng kleng Ëffnung gepresst, wouduerch d’Partikelgréisst reduzéiert gëtt, well d’Partikelen eng bestëmmt kleng Gréisst mussen hunn, fir duerch de Ventil ze passen. Besonnesch bei der Veraarbechtung vu Feststoffer tendéieren HPHen dozou ze verstoppen.
Ultraschallhomogenisatore benotzen déi héich Schéierkräften, déi duerch akustesch Kavitatioun entstinn, wat hinne verschidde Virdeeler géintiwwer aneren Homogeniséierungstechnike gëtt. De Funktiounsprinzip an d’Virdeeler vun der Ultraschallhomogeniséierung ginn hei ënnendrënner presentéiert.

Héichleeschtungsultraschall als Kraaft fir d’Homogeniséierung

En Ultraschallhomogenisateur benotzt héichintensiv Ultraschallschwéngungen a Kavitatioun, fir ganz intensiv Schéierkräften ze erzeugen, a kann dofir als superintensive Mëscher mat héije Schéierkräfte bezeechent ginn. D’Geheimnis hannert de superintensiven héije Schéierkräften ass d’akustesch Kavitatioun, déi duerch Héichleeschtungsultraschallwellen erzeugt gëtt. En Ultraschallhomogenisateur huet e Generator, deen als Stroumversuergung a Steiereenheet déngt, an en Ultraschallwandler. Den Ultraschallwandler enthält piezoelektresch Keramik. Dës piezoelektresch Keramik wandelt d’elektresch Energie a Schwéngungen ëm, well déi piezoelektresch Kristaller hir Gréisst a Form änneren, wann eng Spannung ugeluecht gëtt. Wann d’Frequenz vum elektroneschen Oszillator der Eegefrequenz vum piezoelektresche Quarz entsprécht, trëtt Resonanz op. Ënner Resonanzbedéngungen erzeugt de Quarz longitudinal Ultraschallwelle mat grousser Amplitud.
Déi erzeugten Ultraschallwelle ginn dann iwwer d’Ultraschallsond (Sonotrod / Horn) an d’Prozessmedium agekoppelt. D’Amplitud un der Ultraschallsond bestëmmt d’Intensitéit vun den Ultraschallwellen, déi an d’Flëssegkeet oder d’Feststoffsuspensioun iwwerdroe ginn. D’Ultraschallwellen erzeugen ofwiesselnd Héichdrock- an Déifdrockzyklen a flëssege Medien. Wärend dem Déifdrockzyklus erzeugen héichintensiv Ultraschallwelle kleng Vakuumblosen an der Flëssegkeet. Wärend dem Héichdrockzyklus kollabéieren déi kleng Vakuumblosen op destruktiv Aart a Weis. Dëst Phenomeen gëtt Kavitatioun genannt. D’Implosioun vu Kavitatiounsblose kann och Flëssegkeetsstrale mat enger héijer Vitess vu bis zu 280 m/s erzeugen, wouduerch staark Schéierkräften entstinn. D’Schéierkräfte zerbriechen d’Partikelen, verursaache Kollisiounen tëscht de Partikelen a briechen Drëpsen an Zelle mechanesch op, wärend se gläichzäiteg en héicheffiziente Stofftransport fërderen. Dës Kavitatiounskräften erzeugen eenheetlech an homogen Dispersiounen, Emulsiounen a Suspensiounen a sinn och dofir bekannt, cheemesch Reaktiounen ze fërderen (sougenannt Sonochemie).

Akustesch Kavitatioun (duerch Héichleeschtungsultraschall erzeugt) schaaft lokal extrem Bedéngungen, sougenannt sonomechanesch a sonocheemesch Effekter. Duerch dës Effekter verklengert d’Ultraschallbehandlung fest a flësseg Partikelen a vermëscht se zu enger homogener Formuléierung.

Virdeeler vum Asaz vun Ultraschallapparater als Homogenisateuren

Ultraschallhomogenisateure sinn iwwerleeën, wann et ëm d’Produktioun vu Feststoff-Flëssegkeets- (sougenannte Schlämmen) a Flëssegkeet-Flëssegkeets-Suspensiounen a Léisunge geet. Well Ultraschallapparater nom Wierkprinzip vun der Ultraschallkavitatioun schaffen, soll d’Material naass sinn oder sech an enger naasser Phas befannen, well Kavitatioun nëmmen a Flëssegkeet optrëtt. Dat bedeit, datt en Ultraschallapparat beim Mësche vun engem dréchene Polver net ganz effizient wier, mee soubal de Polver benetzt gëtt, ass d’Ultraschallbehandlung déi effizientst Method fir d’Vermëschen. Ultraschallhomogenisateure sinn dofir bekannt, souguer Pasten an héichviskos Material zouverlässeg ze mëschen, ze vermëschen an ze dispergéieren. Déi aussergewéinlech intensiv Kräften, déi duerch d’Implosioun vu Kavitatiounsblosen entstinn, erzeugen net nëmme ganz staark Schéierkräften, mee och lokal begrenzt héich Temperaturen an Drécker souwéi déi jeeweileg Temperatur- an Drockdifferenzen. Dës Kombinatioun vu physikalesche Kräfte brécht Partikelen op vill méi kleng Gréissten op wéi e konventionellen Homogenisateur. Dofir sinn Ultraschallhomogenisateuren déi bevorzugten Apparater fir déi zouverlässeg Produktioun vun Emulsiounen an Dispersiounen am Nanometerberäich.

Uwendunge vun Ultraschallhomogenisateuren

Ultraschallhomogenisateure gi vill a Laboratoiren an an industriellen Anlage benotzt, fir Feststoff-Flëssegkeets- a Flëssegkeet-Flëssegkeets-Suspensiounen ze homogeniséieren, d’Partikelgréisst ze reduzéieren, biologescht Material opzeschléissen an ze extrahéieren, cheemesch Reaktiounen ze verstäerken a léislech Verbindungen opzeléisen.

Emulgéiere mat Ultraschall

Emulgéieren ass de Prozess, bei deem zwou oder méi Flëssegkeeten, déi net matenee mëschbar sinn, vermëscht ginn, fir eng stabil oder hallefstabil Mëschung hierzestellen. Am Allgemenge bestinn dës zwou Flëssegkeeten aus enger Uelegphas an enger wässerlecher Phas (Waasser). Fir d’Mëschung vun de verschiddene flëssege Phasen ze stabiliséieren, gëtt en Emulgator (Tensid / Co-Tensid) bäigefüügt. D’Drëpsegréisst vun enger Emulsioun spillt eng entscheedend Roll fir hir Funktionalitéit a Stabilitéit. Well Héichleeschtungsultraschall sonomechanesch Kräfte generéiert, déi Drëpsen opbriechen an zu winzeg klengen Drëpse verklenge kënnen, ass d’Ultraschallbehandlung eng ganz beléift Method fir d’Produktioun vu Mikro- an Nanoemulsiounen. Ultraschallhomogenisateure sinn en zouverlässegt Instrument fir d’Produktioun vun O/W- a W/O-Emulsiounen, inversen Emulsiounen, Duebelemulsiounen (O/W/O, W/O/W), Miniemulsiounen a Pickering-Emulsiounen. Wéinst dëser Flexibilitéit an der zouverlässeger Emulgéierkapazitéit ginn Ultraschallhomogenisateuren (heiansdo och Ultraschallemulgatore genannt, wa se fir d’Emulgéiere benotzt ginn) z. B. an der cheemescher Industrie, der Liewensmëttelindustrie, der pharmazeutescher Industrie an der Brennstoffindustrie agesat, fir laangfristeg stabil Emulsiounen hierzestellen.
Klickt op déi folgend Linken an informéiert Iech méi am Detail iwwer Nanoemulsiounen a Pickering-Emulsiounen!

Dispergéiere mat Ultraschall

Ultraschallhomogenisateure si ganz wierksam, wa Partikelagglomerater, Aggregater a souguer Primärpartikelen zouverlässeg verklengert musse ginn. De Virdeel vun Ultraschallhomogenisateuren ass hir Fäegkeet, Partikelen op méi kleng a méi eenheetlech Partikelgréissten ze muelen, egal ob Mikro- oder Nanopartikelen als Prozessresultat ugestrieft ginn. Kavitatiounsbedéngt Schéierkräften a Flëssegkeetsstréim beschleunegen d’Partikelen, soudatt se matenee kollidéieren. Dëst gëtt als Interpartikelkollisioun bezeechent. D’Partikele selwer wierken als Muelmëttel, wat eng Veronrengegung duerch Muelkugelen an den uschléissenden Trennprozess vermeit, dee beim Asaz vu konventionelle Kugelmillen néideg ass. Well d’Partikele bei der Interpartikelkollisioun mat ganz héije Vitessë vu bis zu 280m/sec openeeprallen, wierken aussergewéinlech héich Kräften op si, soudatt se a winzeg kleng Fragmenter zerbriechen. Reiwung an Erosioun ginn dëse Partikelfragmenter eng poléiert Uewerfläch an eng eenheetlech Form. D’Kombinatioun vu Schéierkräften an Interpartikelkollisioun gëtt der Ultraschallhomogeniséierung an dem Ultraschalldispergéieren den entscheedende Virdeel, héichhomogen kolloidal Suspensiounen an Dispersiounen ze liwweren!
D’Bildsequenz hei drënner weist d’Wierkung vun de Kavitatiounskräfte vum Ultraschall op Grafitflacken.

Eng Héichvitess-Bildsequenz (vun a bis f), déi déi sonomechanesch Exfoliatioun vun enger Grafitflack am Waasser mat dem UP200S, engem 200W Ultraschallapparat, mat enger 3-mm Sonotrod weist. Feiler weisen d’Plaz vun der Opspaltung (Exfoliatioun), wou Kavitatiounsblosen an de Spalt andréngen.
© Tyurnina et al. 2020 (CC BY-NC-ND 4.0)

Dispergéieren an Homogeniséiere vun Nanomaterialien

Souwuel bei Emulsiounen ewéi och bei Dispersiounen ass d’Hierstellung vu Mëschunge mat Partikelen an Nanogréisst eng usprochsvoll Aufgab. Déi meescht konventionell Homogeniséierungs- a Mëschtechniken, wéi Messermëscher, Perlemillen, Héichdrockhomogenisateuren an aner Mëscher, kënne Partikelen an Mikrometergréisst hierstellen, mee si kënnen Drëpsen a Feststoffer net zouverlässeg bis op Nanogréisst zerkleineren. Dëst läit haaptsächlech un enger net genuch héijer Intensitéit. Zum Beispill liwwere Messermëscher net genuch Schéierwierkung, fir Partikelen op Nanogréisst ze zerkleineren. Perlemillen, eng aner Zort Homogenisateuren, kënne Feststoffer net gläichméisseg op eng Partikelgréisst muelen, déi méi kleng ass wéi d’Perlen (Muelmedien) selwer. Konventionell Muelperlen hunn eng duerchschnëttlech Gréisst tëscht 1.500 mm – 35.000 mm. E weidere Problem ass d’Kontaminatioun duerch de Verschläiss vum Muelmedium. Well Ultraschallgeräter aussergewéinlech héich, awer prezis kontrolléierbar Schéierkräfte liwweren, ass d’Ultraschallkavitatioun déi bevorzugten Technik fir déi zouverlässeg Hierstellung vun Nanodispersiounen an Nanoemulsiounen am Labo (R&D), a Pilotanlagen an an industriellen Anlagen.

Skaléierung vun Ultraschallhomogeniséierungsprozesser

Beim Skaléiere vun engem Ultraschallhomogenisateur fir de Labo op en Ultraschallgerät fir eng Pilotanlag, a vun engem Pilotsystem op en Ultraschallhomogenisateur fir d’Produktioun am volle Moossstaf, kann d’Skaléierung komplett linear duerchgefouert ginn! All wichteg Prozessparameter, wéi Amplitud, Drock, Temperatur a Veraarbechtungszäit, gi konstant gehalen; nëmmen d’Uewerfläch vun der Ultraschallsond an d’Ultraschallgerät als Energieundriff vun der Sond ginn op méi grouss a méi leeschtungsstaark Eenheete skaléiert. Déi linear Skaléierbarkeet vun Ultraschallhomogeniséierungsprozesser erméiglecht et, an der Groussproduktioun déiselwecht héichwäerteg Resultater ze erreechen ewéi am Labo an a Pilotanlagen.

Fannt den Ultraschallhomogenisateur, deen am beschte fir Äre Prozess gëeegent ass!

Hielscher Ultrasonics ass Äre Partner mat laangjäreger Erfarung am Beräich vun Ultraschallhomogenisateuren. All Hielscher Ultraschallgeräter ginn an eisem Haaptsëtz an Däitschland entworf, hiergestallt a getest, ier mir se un eis Clientë weltwäit verschécken. Hielscher Ultraschallhomogenisateure sinn héichwäerteg Geräter, déi sech duerch eng konstant héich Leeschtung, Zouverlässegkeet, Robustheet a Benotzerfrëndlechkeet auszeechnen. Déi technesch Raffiness vun der Ultraschallhomogeniséierungstechnologie gëtt de Benotzer vun Hielscher Geräter Konkurrenzvirdeeler, déi si zum Maartleader an hirer Branche maachen. Mat der breeder Produktpalett vun Homogenisateure fir de Labo an den Aarbechtsdësch iwwer Pilotsystemer bis hin zu vollindustriellen Ultraschallhomogenisateure fir kommerziell Produktiounen huet Hielscher den idealen Ultraschallmëschesystem fir Är Ufuerderungen. Déi villfälteg Accessoiren erlaben eng ideal Konfiguratioun vum Ultraschallhomogenisateur – op déi individuell Besoinen ofgestëmmt.
Deelt eis Är Prozessufuerderungen a Spezifikatioune mat – mir recommandéieren Iech gär den Ultraschallhomogenisateur, deen am beschte fir Är Uwendung gëeegent an am effizientsten ass!

Héich Effizienz duerch den Asaz vun Ultraschallhomogenisateuren

Duerch déi aussergewéinlech Prozesseffizienz, raisonnabel Investitiounskäschten, ganz héich Energieeffizienz an niddreg Personal- an Ënnerhaltskäschte si Hielscher Ultraschallhomogenisateure konventionellen Homogeniséierungstechniken iwwerleeën an erreechen e séiere RoI (Rendement op d’Investitioun). Dacks amortiséiert sech en Ultraschallhomogenisateur bannent e puer Méint.

Héichleeschtungsultraschall fir d’industriell Homogeniséierung

D’Amplitud ass dee wichtegste Prozessparameter bei Homogeniséierungsprozesser mat Ultraschall. All Ultraschallapparater vun Hielscher erlaben eng präzis Kontroll vun der Amplitud. Jee nom Prozesszil kann eng méi niddreg Amplitud fir méi schounend Veraarbechtungsbedéngungen agestallt ginn, oder et gëtt eng héich Amplitud fir méi destruktiv Dispersiounsresultater gewielt. Industriell Ultraschallapparater vun Hielscher kënne ganz héich Amplitudë liwweren. Amplitudë vu bis zu 200µm kënnen ouni Weideres kontinuéierlech am 24/7-Betrib agesat ginn. Fir nach méi héich Amplitudë si personaliséiert Ultraschallsonotroden disponibel.

Niddregen Ënnerhaltsbedarf bei Ultraschallhomogenisateuren

Ultraschallhomogenisateure sinn net nëmmen einfach ze botzen, well d’Sonotrod an de Reakter déi eenzeg Komponente sinn, déi benetzt ginn a mam veraarbechte Material a Kontakt kommen. D’Sonotrod (och als Ultraschallhorn oder Ultraschallsond bekannt) an de Reakter bestinn aus Titan respektiv Edelstol an hunn einfach Geometrien ouni Ëffnungen oder dout Ecken.
Dat eenzegt Deel, dat dem Verschläiss ënnerläit, ass d’Ultraschallsond, déi ouni wesentlech Ënnerbriechung vum Betrib ersat ka ginn. D’Sonotrod vun engem Labo-Ultraschallapparat gëtt bannent ongeféier 10 min gewiesselt, wärend de Wiessel vun enger Sonotrod vun engem industriellen Ultraschallhomogenisator ongeféier 30–45 min dauere kann.

Kontaktéiert eis elo! Eis Equipe mat vill Erfarung stellt Iech gär technesch Informatiounen a Recommandatiounen zu Ärem Prozess zur Verfügung!

Déi folgend Tabell gëtt Iech en Unhaltspunkt fir déi ongeféier Veraarbechtungskapazitéit vun eisen Ultraschallapparater: