Homogenisatoren – Aarbechtsprinzip, Benotzung a Skala-Up

Homogeniséierer sinn eng Aart vu Mischer, déi mechanesch Kräfte applizéieren fir flësseg-flësseg a fest-flësseg Systemer ze vermëschen, emulgéieren, disperséieren an opzeléisen. Ofhängeg vum Homogenisatormodell Rotatiounsschéier, Düsen oder High-Power Ultraschall gi benotzt fir déi erfuerderlech Kräfte ze kreéieren fir zolidd Partikelen wéi och flësseg Drëpsen ze zerbriechen an opzebriechen. Léiert méi iwwer Homogeniséierapparater an hir Uwendungen an der Fuerschung an der Produktioun!

Wat ass en Homogenisator?

En Homogenisator ass eng Klass vu Mëschungsapparater, déi entwéckelt ass fir Partikelen, souwuel fest a flësseg, an eng eenheetlech Mëschung ze briechen. Homogeniséierer sinn verfügbar als Laboratoire, Bank-Top an, Industrieausrüstung fir verschidden Uwendungen an der Fuerschung an der Industrie benotzt. Typesch Uwendung vum Homogenisator enthält d'Mëschung an d'Zerfall vu verschiddene Materialien, dorënner Partikelen, Pigmenter, Chemikalien, Planzen, Iessen, Zellen, Stoffer, ënner anerem.

Iwwersiicht iwwer verschidde Homogenisatoren

Verschidde Homogenisatortypen sinn kommerziell verfügbar fir d'Benotzung an der Bank-Top an der industrieller grousser Produktioun. Wéi och ëmmer, d'Rotor / Stator (Kolloid) Mischer, Héichdrockhomogenisatoren, an Ultraschallhomogenisatoren sinn déi meescht benotzt Modeller.
Impeller oder Blademixer hunn e Spinnblad, dat mat héijer Geschwindegkeet um Enn vum Mëschbehälter rotéiert an doduerch verschidde Materialien an eng homogen Mëschung kombinéiert.
Wéi den Numm vun der Rotor / Stator Mixer scho implizéiert, engem Rotor- / Statormixer huet e Rotor an e Statorkomponent. De Rotor ass e Metallschacht dee mat héijer Geschwindegkeet am Stator rotéiert. De Stator ass de Metalldeel dee stationär bleift. D'Rotatioun vum Rotor entsteet en Saugeffekt, deen de festen-flëssege Material tëscht dem Stator an dem Rotor beweegt, wou d'Feststoffer op méi kleng Partikelgréisst reduzéiert ginn.
D'Aarbechtsprinzip vun der Héichdrockhomogenisator (HPH) baséiert op der Notzung vun enger Héichdrockpompel an engem Ventil (Düse, Ouverture), wat d'Ausrüstung grouss, schwéier an deier mécht. De veraarbechte Schlamm gëtt mat héijer Flowgeschwindegkeet duerch eng kleng Ouverture gezwongen, wat d'Partikelgréisst reduzéiert well Partikel eng gewësse kleng Gréisst erfuerderen fir duerch de Ventil ze passéieren. Besonnesch wann Dir Feststoffer veraarbecht, sinn HPHs ufälleg fir ze verstoppen.
Ultraschall Homogeniséierter benotzen d'Héich-Schéier Kräften generéiert duerch akustesch cavitation, déi gëtt hinnen verschidde Virdeeler iwwer aner homogenizing Techniken. Den Aarbechtsprinzip an d'Virdeeler vun der Ultraschallhomogeniséierung ginn hei ënnen presentéiert.

High-Power Ultraschall als Homogeniséiere Kraaft

En Ultraschallhomogenisator benotzt Héichintensitéit Ultraschallvibratiounen a Kavitatioun fir ganz intensiv Schéierkräften ze kreéieren a kann dofir e super-intensive High-Shear Mixer genannt ginn. D'Geheimnis hannert de super-intensive High-Shear Kräften ass akustesch Kavitatioun, déi duerch High-Power Ultraschallwellen generéiert gëtt. En Ultraschallhomogenisator huet e Generator, deen d'Energieversuergung a Kontroll Eenheet ass, an e Transducer. Den Transducer enthält piezoelektresch Keramik. Dës piezoelektresch Keramik konvertéieren d'elektresch Energie an Schwéngung, well déi piezoelektresch Kristalle hir Gréisst a Form änneren wann d'Spannung ugewannt gëtt. Wann d'Frequenz vum elektroneschen Oszilléierer gläich ass mat der natierlecher Frequenz vum piezoelektresche Quarz, da geschitt Resonanz. Ënner Resonanzbedéngungen produzéiert de Quarz longitudinal Ultraschallwellen vu grousser Amplitude.
Déi generéiert Ultraschallwellen ginn dann iwwer d'Ultraschallsonde (Sonotrode / Horn) an de Prozessmedium gekoppelt. D'Amplitude bei der Ultraschallsonde bestëmmt d'Intensitéit vun den Ultraschallwellen, déi an d'Flëssegkeet oder d'Schläim iwwerdroe ginn. D'Ultraschallwellen generéieren ofwiesselnd Héichdrock- a Low-Drock-Zyklen a flëssege Medien. Wärend dem nidderegen Drockzyklus produzéieren Héichintensitéit Ultraschallwellen kleng Vakuumblasen an der Flëssegkeet. Wärend dem Héichdrockzyklus briechen kleng Vakuumblasen destruktiv zesummen. Dëse Phänomen gëtt Kavitatioun genannt. Implosioun vu Kavitatiounsblasen kann och Flëssegjets mat enger héijer Geschwindegkeet vu bis zu 280 m/s generéieren, wat zu mächtege Schéierkräften resultéiert. D'Schéierkraaft briechen d'Partikel, verursaache Inter-Partikelkollisioun a stéieren Drëpsen an Zellen mechanesch, a förderen gläichzäiteg en héich effiziente Massentransfer. Dës kavitational Kräften produzéieren eenheetlech an homogen Dispersiounen, Emulsiounen a Suspensioune a sinn och bekannt fir chemesch Reaktiounen ze förderen (sougenannte Sonochemie).

Akustesch Kavitatioun (generéiert duerch High-Power Ultraschall) schaaft lokal extrem Konditiounen, sougenannte sonomechanical a sonochemical Effekter. Wéinst dësen Effekter reduzéiert d'Sonicatioun fest a flësseg Partikelen a vermëscht se an eng homogen Formuléierung.

Ultraschall Homogeniséierter – Virdeeler

Ultraschall Homogenisatoren si super, wann et ëm d'Produktioun vu fest-flëssege (sougenannte Schläim) a flësseg-flësseg Suspensioune a Léisungen kënnt. Zënter Ultraschaller benotzt den Aarbechtsprinzip vun der Ultraschallkavitatioun, d'Material sollt naass oder an enger naasser Phase sinn, well d'Kavitatioun nëmmen a Flëssegkeet geschitt. Dëst bedeit datt en Ultraschall net ganz effizient wier fir en dréchene Pulver ze vermëschen, awer soubal de Pudder befeucht gëtt, ass d'Sonicatioun déi effizientst Method fir ze vermëschen. Ultrasonic Homogenisatoren si bekannt fir zouverlässeg ze vermëschen, ze vermëschen an ze verdeelen souguer Paste an héichviskos Materialien. Déi aussergewéinlech intensiv Kräften, déi duerch d'Implosioun vu Kavitatiounsblasen verursaacht ginn, schaaft net nëmme ganz mächteg Héichschéierkräften, awer och lokal begrenzt Héichtemperaturen an Drock souwéi respektiv Differenzen. Dës Kombinatioun vu kierperleche Kräfte stéieren Partikelen op vill méi kleng Gréissten wéi e konventionellen Homogenisator. Dofir sinn Ultraschallhomogenisatoren déi bevorzugt Ausrüstung fir déi zouverlässeg Produktioun vun Nano-Gréisst Emulsiounen a Dispersiounen.

Uwendungen vun Ultraschall Homogenisatoren

Ultrasonic Homogenisatoren gi wäit an Laboratoiren an Industrieanlagen benotzt fir fest-flësseg a flësseg-flësseg Suspensionen ze homogeniséieren, d'Partikelgréisst ze reduzéieren, biologescht Material ze stéieren an ze extrahieren, chemesch Reaktiounen ze verstäerken an opléisbar Verbindungen opzeléisen.

Ultraschall Emulsifizéierung

Emulsifikatioun ass de Prozess fir zwee oder méi onmëschbar Flëssegkeeten zesummen ze vermëschen fir eng stabil oder semistibel Mëschung ze preparéieren. Allgemeng besteet dës zwou Flëssegkeeten aus enger Uelegphase an enger wässerlecher (Waasser) Phase. Fir d'Mëschung vun de verschiddene Flëssegkeetsphasen ze stabiliséieren, gëtt en Emulgator (Surfactant / Co-Surfactant) dobäigesat. D'Drëpsgréisst vun enger Emulsioun spillt eng entscheedend Roll wann et ëm d'Funktionalitéit an d'Stabilitéit vun enger Emulsioun kënnt. Zënter Kraaft-Ultraschall erstellt sonomechanesch Kräfte, déi Drëpsen opbriechen an se op Minutte Drëpsen reduzéieren, ass Sonikatioun eng ganz populär Method fir d'Produktioun vu Mikron- an Nano-Emulsiounen. Ultrasonic Homogenisatoren sinn e zouverléissege Tool fir d'Produktioun vun O / W a W / O Emulsiounen, Inverse Emulsiounen, Duebel Emulsiounen (O / W / O, W / O / W), Mini-Emulsiounen wéi och Pickering Emulsiounen. Baséierend op dëser Flexibilitéit an der zouverlässeg Emulgéierungskapazitéit ginn Ultraschallhomogenisatoren (heiansdo och Ultraschall-Emulgatoren genannt wann se fir Emulsifikatioun benotzt ginn) zB an der chemescher, der Liewensmëttel-, der pharmazeutescher a Brennstoffindustrie fir laangfristeg stabil Emulsiounen ze produzéieren.
Klickt op déi folgend Linken fir méi iwwer ze léieren Nano-Emulsiounen, an Pickering Emulsiounen!!

Ultrasonic Dispersioun

Ultrasonic Homogenisatoren si ganz effizient wann Partikelagglomeraten, Aggregaten a souguer primär Partikelen zouverlässeg an der Gréisst reduzéiert ginn. De Virdeel vun Ultraschallhomogenisatoren ass hir Fäegkeet fir Partikelen op méi kleng a méi eenheetlech Partikelgréissten ze molen, egal ob Mikron- oder Nano-Partikel als Prozessresultat gezielt sinn. Kavitational Schéierkräften a Flëssegkeetsstroum beschleunegen Partikelen sou datt se matenee kollidéieren. Dëst ass bekannt als Interpartikelkollisioun. D'Partikel selwer handelen als Fräsmedium, wat d'Kontaminatioun duerch d'Schleifpärelen an de spéideren Trennungsprozess vermeit, wat néideg ass wann konventionell Perlemillen benotzt ginn. Zënter datt d'Partikel duerch eng Interpartikelkollisioun mat ganz héijer Geschwindegkeete vu bis zu 280m/sec optrieden, gëllen aussergewéinlech héich Kräfte op d'Partikelen, déi dowéinst a kleng Fraktiounen zerbriechen. Reibung an Erosioun ginn dës Partikelfragmenter eng poléiert Uewerfläch an eenheetlech geformt Form. D'Kombinatioun vu Schéierkräften an Interpartikelkollisioun ginn d'Ultraschallhomogeniséierung an d'Dispersioun déi avantagéis Rand déi héich homogen kolloidal Suspensioune a Dispersiounen liwwert!
D'Bildsequenz hei drënner weist d'Kavitational Kräfte vum Ultraschall op Grafitflakken.

Eng High-Speed-Sequenz (vun a bis f) vu Frames, déi sono-mechanesch Peeling vun enger Grafit-Flack am Waasser illustréieren mat Hëllef vun der UP200S, en 200W Ultraschall mat 3-mm sonotrode. Pfeile weisen d'Plaz vun der Spaltung (Exfoliatioun) mat Kavitatiounsblasen, déi d'Spalt penetréieren.
© Tyurnina et al. 2020 (CC BY-NC-ND 4.0)

Dispersioun an Homogeniséierung vun Nanomaterialien

Fir béid Emulsiounen an Dispersiounen ass d'Virbereedung vun Nano-Gréisst Mëschungen eng Erausfuerderung. Déi meescht konventionell Homogeniséierungs- a Vermëschungstechnike wéi Blademixer, Perlemillen, Héichdrockhomogenisatoren an aner Mischer si fäeg Mikrongréisst Partikelen ze produzéieren, awer si kënnen net zouverlässeg Drëpsen a Feststoffer erof op Nano-Gréisst briechen. Dëst ass meeschtens wéinst net genuch Intensitéit. Zum Beispill, Blademixer bidden net genuch Schéier fir Partikelen op Nano-Gréisst ze briechen. Bead Mills, eng aner Zort Homogenisator, kënnen net Feststoffer eenheetlech zu enger méi feiner Partikelgréisst wéi d'Kärelen (Schleifmedien) selwer molen. Konventionell Schleifpärelen hunn eng duerchschnëttlech Gréisst tëscht 1.500 mm – 35.000 mm. En anere Problem ass d'Kontaminatioun duerch Verschleiung vum Fräsmedium. Zënter Ultrasonicatoren aussergewéinlech héich, awer präzis kontrolléierbar Schéierkräften ubidden, ass Ultraschallkavitatioun déi bevorzugt Technik fir déi zouverlässeg Produktioun vun Nano-Dispersioun an Nano-Emulsiounen am Labo (R)&D), Pilot, an industrielle Setups.

Skala-Up vun Ultrasonic Homogeniséierungsprozesser

Wann Dir vun engem Labor-Ultraschallhomogenisator op e Pilot-Ultraschall-Skala opgeschalt gëtt, a vun engem Pilotsystem op e vollstänneg Produktiouns-Ultraschallhomogenisator, kann d'Skala-up komplett linear applizéiert ginn! All wichteg Prozessparameter wéi Amplitude, Drock, Temperatur a Veraarbechtungszäit ginn konstant gehal, nëmmen d'Uewerfläch vun der Ultraschallsonde an den Ultraschaller als energesche Agitator vun der Sonde ginn op méi grouss, méi staark Eenheeten skaléiert. D'linear Skalierbarkeet vun Ultraschallhomogeniséierungsprozesser erméiglecht et an der grousser Produktioun déi selwecht qualitativ héichwäerteg Resultater wéi an Labo a Pilot Astellungen ze kréien.

Fannt déi gëeegent Ultrasonic Homogenisator fir Äre Prozess!

Hielscher Ultrasonics ass Äre laangjärege erfuerene Partner fir Ultraschallhomogenisatoren. All Hielscher Ultraschaller ginn entworf, fabrizéiert a getest an eisem Sëtz an Däitschland, ier mir se un eise Clienten weltwäit verschécken. Hielscher Ultraschallhomogenisatoren si qualitativ héichwäerteg Geräter charakteriséiert duerch konstante High-Performance, Zouverlässegkeet, Robustheet a Benotzerfrëndlechkeet. Technesch Raffinesséierung vun der Ultraschallhomogeniséierungstechnologie ginn d'Benotzer vun Hielscher Ausrüstung kompetitiv Virdeeler, déi se zum Maart Leader an hirer Industrie maachen. Mat der breet Produktpalette vu Labo a Bench-Top Homogenisatoren, Pilotsystemer a vollindustriellen Ultraschallhomogenisatoren fir kommerziell Produktiounen, huet Hielscher den ideale Ultraschallmëschungssystem fir Är Ufuerderungen. Déi manifold Accessoiren erlaben den ideale Ultraschall Homogenisator Setup – entspriechend individuell Besoinen.
Sot eis Är Prozess Ufuerderunge a Spezifikatioune – mir recommandéieren Iech gären de gëeegentsten an effizienten Ultraschallhomogenisator fir Är Uwendung!

Héich Effizienz mat Ultraschall Homogenisatoren

Wéinst aussergewéinlecher Prozesseffizienz, raisonnabel Investitiounskäschte, ganz héich Energieeffizienz a geréng Aarbechts- an Ënnerhaltskäschte, Hielscher Ultraschallhomogenisatoren konkurréiere konventionell Homogeniséierungstechniken aus an erreecht e schnelle RoI (Return on Investment). Dacks gëtt en Ultraschallhomogenisator bannent e puer Méint amortiséiert.

High-Power Ultraschall fir industriell Homogeniséierung

D'Amplitude ass de wichtegste Prozessparameter an Ultraschall-Undriff Homogeniséierungsprozesser. All Hielscher Ultraschaller erlaben déi präzis Kontroll iwwer d'Amplitude. Ofhängeg vum Prozessziel kann eng méi niddereg Amplitude fir mëll Veraarbechtungsbedéngungen agestallt ginn oder eng héich Amplitude gëtt gewielt fir méi destruktiv Dispersiounsresultater. Hielscher Ultrasonics’ industriell Ultraschallveraarbechter kënne ganz héich Amplituden liwweren. Amplituden vu bis zu 200 µm kënne ganz kontinuéierlech a 24/7 Operatioun lafen. Fir nach méi héich Amplituden si personaliséiert Ultraschall-Sonotroden verfügbar.

Niddereg Ënnerhalt Ufuerderunge fir Ultraschall Homogenisatoren

Ultrasonic Homogenisatoren sinn net nëmmen einfach ze botzen, well d'Sonotrode an de Reaktor déi eenzeg Komponenten sinn, déi naass Deeler sinn an a Kontakt mat dem veraarbechte Material kommen. Sonotrode (och bekannt als Ultraschallhorn oder Sonde) a Reaktor sinn aus Titan an Edelstol respektiv an hunn propper Geometrien ouni Oueren oder dout Ecker.
Deen eenzegen Deel, deen ënner Verschleiung ënnerworf ass, ass d'Ultraschallsonde, déi ouni wesentlech Stéierung vun der Operatioun ersat ka ginn. D'Sonotrode vun engem Labo Ultraschall gëtt bannent ca. 10 min, während d'Verännerung vun enger Sonotrode vun engem industriellen Ultraschallhomogenisator ca. 30-45 Min.

D'Tabellner ënnert Iech en Indikatioun vun der ongeféieren Veraarbechtkapazitéit vun eisem Ultraschall: