Ultrasone desintegratie: Bevochtigen, oplossen, verspreiden

Ultrasone integratoren worden op grote schaal gebruikt om deeltjes en poeders te bevochtigen, te dispergeren of op te lossen in vloeistoffen. Hoogwaardige ultrasone integratoren creëren intense schuifkrachten, die aggregaten, agglomeraten en primaire deeltjes breken en versplinteren tot microscopische of nanogrootte. De uniforme deeltjesverwerking in het akoestische cavitatieveld resulteert in een smalle deeltjesverdeling en een uniform deeltjesoppervlak.

Ultrasone desintegratoren en hun toepassingen

Ultrasone desintegratoren leveren intense schuifkrachten, waardoor de vereiste impact op vaste stoffen zoals deeltjes, kristallen en vezels ontstaat om ze te verstoren en af te breken tot een doelgerichte grootte, bv. micron- of nanogrootte. In vergelijking met alternatieve desintegratiemethodes zoals hoge-shear blade mixers, hogedrukhomogenisatoren, parelmolens, microfluïdisatoren enz. bieden ultrasone desintegratoren een aantal grote voordelen.

Voordelen van ultrasone desintegratoren

• Hoge intensiteit cavitatie en afschuiving
• Uniforme deeltjesverwerking
• hoge vaste stof concentraties
• Geen sproeiers / geen verstopping
• Geen freesmiddel (d.w.z. kralen) nodig
• lineaire schaalbaarheid
• Gemakkelijk & veilige operatie
• Gemakkelijk schoon te maken
• Tijd - & energiezuinige

Het werkingsprincipe van ultrasone sonde-type desintegratoren is gebaseerd op het genereren van akoestische cavitatie. Via de ultrasone sonde worden ultrasone golven met hoge intensiteit in het procesmedium (d.w.z. vloeistof of drijfmest) overgebracht. De ultrasone golven reizen door de vloeistof, daar waar ze afwisselend hoge druk en lage druk cycli creëren. Tijdens de lagedrukcycli ontstaan minieme vacuümbellen, zogenaamde cavitatiebellen. Deze cavitatiebellen groeien gedurende meerdere drukcycli tot ze een grootte bereiken, waarbij ze geen energie meer kunnen opnemen. Op dit punt imploderen de cavitatiebellen heftig en creëren lokaal extreme omstandigheden zoals zeer hoge temperaturen, drukken, extreme temperatuur- en drukverschillen (door hoge verwarmings-/koelsnelheden en drukschommelingen), microturbulenties en vloeistofstromen met snelheden tot 180m/s. Deze omstandigheden vertonen aanzienlijke mechanische effecten op de deeltjes in het medium, aangezien de vloeistofstromen met hoge snelheid de deeltjes in het medium versnellen zodat de deeltjes botsen. Door de botsing tussen de deeltjes erodeert en versplintert vaste stof (bv. deeltjes, vezels, cellen) en wordt gefragmenteerd in deeltjes van micron- en nanogrootte.
De hoge turbulenties die ontstaan door ultrasone trillingen verhogen de massaoverdracht tussen de fasen en bevorderen zo het oplossen van poeders of heterogene chemische reacties. Dit maakt ultrasone desintegratoren het geprefereerde instrument om processen zoals malen, dispergeren, emulgeren en oplossen te intensiveren.

Toepassingen van ultrasone desintegratoren

• frezen & slijpen
• deagglomeratie & spreiding
• emulgering
• Oplossen van poeders
• Verbetering van de massaoverdracht
• Sonochemical Reacties

Ultrasone desintegratoren voor de verkleining van de deeltjesgrootte

Ultrasone desintegratoren worden gebruikt voor de reductie van de deeltjesgrootte en de verdeling van de deeltjes, of dit nu echte vermaling van de primaire deeltjes (de zogenaamde maling) of het breken van de agglomeraten (deagglomeratie/dispersie) is.

Deeltjesgrootteverdeling en SEM-beelden van Mg2Si voor en na ultrasoonfrezen (UM). (a) Deeltjesgrootteverdeling; (b) SEM-beeld voor ultrasoon frezen; (c) SEM-beeld na ultrasoon frezen in 50% PVP-50% EtOH gedurende 2 uur.
bron: Marquez-Garcia et al. 2015.

Ultrasone desintegratoren voor frezen & slijpen

Ultrasonisch gegenereerde cavitatie creëert intense schuifkrachten en daarmee samenhangende interparticulaire botsingen. De vaste stoffen in de slurry fungeren als maalmiddel (vergelijkbaar met kralen of parels in een kraal / parelmolen): Ze worden versneld door de cavitatie-vloeistofstromen, die gemakkelijk snelheden tot 180m/s bereiken. Wanneer de deeltjes elkaar met zo'n enorme snelheid raken, breken ze en versplinteren ze in fragmenten van micron- en nanogrootte. Ultrasone desintegratoren kunnen zelfs primaire deeltjes breken. Ultrasone flowcelreactoren zorgen voor een uniforme behandeling van alle deeltjes, zodat ultrasoon frezen resulteert in een smalle deeltjesgrootteverdeling.
Klik hier voor meer informatie over ultrasoon frezen!

Ultrasone desintegratoren voor Deagglomeratie & spreiding

Ultrasone procesparameters kunnen zeer nauwkeurig worden gecontroleerd, zodat ultrasone disintegratoren primaire deeltjes kunnen frezen wanneer hoge amplitudes en verhoogde druk worden toegepast. Aan de andere kant kunnen ultrasone desintegratiesystemen ook bij lagere amplitudes en mildere omstandigheden worden gebruikt, zodat de deeltjesstructuur en het oppervlak intact blijven, maar de agglomeraten uit elkaar worden gehaald en de afzonderlijke deeltjes gelijkmatig in de drijfmest worden verdeeld.
Klik hier voor meer informatie over ultrasone deagglomeratie en dispersie!

Ultrasone desintegratoren voor Emulsificatie

Wanneer twee onmengbare vloeistoffen (bijv. water en olie) worden gesoniseerd, verstoort de ultrasone cavitatie de druppels. – die zeer kleine druppeltjes van de twee onmengbare fasen produceren, die vervolgens met elkaar worden gemengd. Aangezien ultrasone desintegratoren gemakkelijk nanodruppeltjes produceren, vertonen gestabiliseerde ultrasone emulsies een langdurige stabiliteit en een duidelijk transparant uiterlijk.
Klik hier om meer te lezen over ultrasone nano-emulsificatie!

Ultrasone desintegratoren voor het oplossen van problemen

Ultrasone desintegratoren worden gebruikt om poeder en tabletten op te lossen in een snelle, gemakkelijke en veilige procedure. Ultrasonisch gegenereerde cavitatie erodeert het oppervlak van vaste stoffen en transporteert de geërodeerde fragmenten naar de vloeistof, waardoor een homogene oplossing ontstaat.
In de farmaceutische industrie is het oplossen van tabletten een dagelijkse taak, bijvoorbeeld voor analytische doeleinden. Wanneer de tabletten worden blootgesteld aan een waterige omgeving, lost de tablet langzaam op in een zeer tijdrovend proces. Zelfs met het gebruik van een gewone roerstaaf of roerstaaf blijft het volledig oplossen van de tabletten tijdrovend. Ultrasone cavitatie en de buitengewoon intense schuifkrachten maken de deeltjes los van de tablet en transporteren ze naar de verdunner, waardoor de massaoverdracht tussen het tabletoppervlak en de verse, onverzadigde verdunner continu in gang blijft. Dit maakt het ultrasoon oplossen een uiterst snel en efficiënt proces, dat helpt om het oplossen van medicijnen te versnellen.
Klik hier om meer te lezen over ultrasoon oplossen!

Hoe werkt een mechanische desintegratiemachine?

Ultrasone lab-desintegratoren gebruiken hetzelfde mechanische principe als industriële desintegratoren. Disintegrator-mengsystemen desintegreren agglomeraten en aggregaten, lossen vaste stof op of dispergeren vaste deeltjes in vloeibare mengsels. Bij ultrasone desintegratie wordt een ultrasone sonde met hoge intensiteit in een batch-tank of in een in-line flowcelreactor ingebouwd. De sonde (sonotrode) van de ultrasone disintegrator trilt met een zeer hoge frequentie in de vloeistof en zorgt voor intense ultrasone cavitatie in de vloeistof. Elke cavitatiebubbel instorting resulteert in krachtige schuifkrachten, die agglomeraten, aggregaten en zelfs primaire deeltjes breken. Ook produceert ultrasone cavitatie een snelle cavitatiestroom met een snelheid tot 1000 km/u. De cavitatie-vloeistofstralen dringen de deeltjesagglomeraten binnen, breken de celwanden, verbeteren de materiaaloverdracht binnen de slurry en verspreiden de vaste stoffen door het vloeibare volume. In het ultrasone cavitatieveld wisselen de drukken snel en herhaaldelijk af tussen vacuüm en tot 1000 bar. Een roterende mixer met 4 mixerbladen zou moeten werken bij een duizelingwekkende 300.000 RPM om dezelfde frequentie van afwisselende drukcycli te bereiken. Conventionele roterende mixers en rotor-stator mixers creëren geen significante hoeveelheid cavitatie vanwege hun beperking van de snelheid.

Geïnteresseerd in de Bottom-up Synthese van Nanodeeltjes? – Klik hier om meer te lezen!

Lab Ultrasone desintegratoren

Sonde-type ultrasone apparaten zijn een zeer nuttig hulpmiddel in elk laboratorium. Een ultrasone sonde (ook bekend als sonotrode) is een eenvoudige geometrie en gemakkelijk te reinigen titanium staaf die ultrasone trillingen koppelt aan een vloeistof. Hielscher maakt ultrasone sondes en tips in een breed scala van maten. Voor de meest voorkomende desintegratie van vaste stoffen in het laboratorium zijn ultrasone sondes met een diameter van 3, 7, 14 of 22 mm zeer nuttig. Andere sondes en ultrasone sondes op maat zijn beschikbaar. Typische ultrasone apparaten voor de desintegratie in het laboratorium variëren van 100 tot 400 watt ultrasoon vermogen.

Industriële ultrasone desintegratoren

Hielscher industriële desintegratoren zijn ultrasone processoren met een hoog vermogen die ontworpen zijn voor de zware continue desintegratie van grote drijfmeststromen. Deze industriële systemen kunnen gemakkelijk hoge vaste stofconcentraties aan. Industriële ultrasone sondes zijn uitgerust met een flens die kan worden gemonteerd op stalen tanks, glasreactoren of kunststof containers in elke gewenste oriëntatie. Het onder druk zetten van het sonicatievat of de stromingscel intensiveert de akoestische cavitatie en daarmee het sonicatieproces. Typische ultrasone industriële desintegratieapparatuur varieert van 1000 tot 16.000 watt ultrasoon vermogen per sonotrode.

Industrieën, waar ultrasone desintegratie op grote schaal voorkomt:

• Dispergeren, oplossen, mengen van vaste/vloeibare formules
• Materiaalkunde
• Monstervoorbereiding voor analyse
• Nanodeeltjes toepassingen
• Particle functionalisering
• Faseovergangsreacties
• Kristallisatie / Neerslag
• Voedselverwerking
• Papierindustrie
• Biomassa vertering

Hoe koop je de juiste ultrasone disintegrator?

Hielscher Ultrasonics is sinds jaar en dag een ervaren fabrikant van hoogwaardige ultrasone disintegratoren, die worden gebruikt om deeltjes te dispergeren en te breken of om poeders op te lossen in vloeistoffen. Als marktleider ontwerpt, produceert en distribueert Hielscher ultrasone disintegratoren en homogenisatoren van laboratorium- en bankvulling tot op volledig industriële schaal.

Wij helpen u de volgende vragen te beantwoorden om de meest geschikte ultrasone disintegrator voor uw toepassing en behoeften te vinden:

• Wat is uw doelgroep?
• Wat is het typische volume dat verwerkt moet worden?
• Wat zijn de kritische factoren van het proces?
• Wat zijn de kwaliteitsnormen, die moeten worden bereikt?

Onze goed opgeleide en ervaren medewerkers zullen u helpen met eventuele vragen en de opzet van uw proces. Hielscher Ultrasonics biedt een diepgaand advies over ultrasone processen om onze klanten te helpen het optimale ultrasone apparaat te vinden. Maar de service van Hielscher houdt hier niet op, we trainen klanten in hun faciliteiten of in ons ultrasoon proceslaboratorium en technisch centrum om hen te helpen bij de procesontwikkeling, -optimalisatie en -schaalvergroting.
Hielscher Ultrasonics’ industriële ultrasone processoren leveren gemakkelijk zeer hoge amplitudes, die nodig zijn om harde deeltjes en agglomeraten te breken of om slurries met een hoge vaste concentratie te verwerken. Hielscher industriële desintegratoren kunnen met amplitudes tot 200µm continu in 24 uur per dag en 7 dagen per week worden gebruikt. Voor nog hogere amplitudes zijn op maat gemaakte ultrasone sonotrodes beschikbaar. Verdere accessoires zoals boosterhoorns, flowcellen, sonicatiereactoren en complete recirculatie-opstellingen zijn direct beschikbaar en maken het mogelijk om uw ultrasoon systeem te configureren volgens uw procesvereisten.

Geavanceerde ultrasone desintegratoren

Hielscher Ultrasonics richt zich op hoogwaardige desintegratoren met de hoogste gebruiksvriendelijkheid en de nieuwste technische ontwikkelingen. Dit betekent dat de normen van Hielscher lab-desintegratoren zich steeds meer aanpassen aan de intelligentie van industriële machines. De gebruiker kan de digitale ultrasonicatoren van Hielscher via een browser-afstandsbediening bedienen. De automatische dataregistratiesoftware schrijft alle belangrijke ultrasone parameters zoals nettovermogen, totaal vermogen, amplitude, temperatuur, druk, tijd en datum als CSV-bestand op een ingebouwde SD-kaart. Bovendien kan de ultrasone disintegrator worden geprogrammeerd voor automatische uitschakeling na een bepaalde tijd of een specifieke energie-input of voor het programmeren van pulserende sonicatiemodi. De insteekbare temperatuur- en druksensoren maken het mogelijk om de condities van het monster zorgvuldig te volgen. Omdat temperatuurbeheersing van warmtegevoelige materialen een cruciale factor is voor de kwaliteit van de procesresultaten, biedt Hielscher diverse oplossingen om de procestemperatuur binnen het beoogde temperatuurbereik te houden.
De geavanceerde functies van de Hielscher ultrasonicatoren zorgen voor de hoogste procesbeheersing, betrouwbare en reproduceerbare sonageresultaten, gebruiksvriendelijkheid en werkcomfort.
Hielscher Ultrasonics’ industriële ultrasone processoren kunnen zeer hoge amplitudes leveren. Amplituden tot 200µm kunnen gemakkelijk continu worden uitgevoerd in 24 uur per dag, 7 dagen per week. Voor nog hogere amplitudes zijn aangepaste ultrasone sonotrodes beschikbaar. De mogelijkheid om dergelijke hoge amplitudes uit te voeren stelt onze klanten in staat om primaire deeltjes efficiënt tot nanogrootte te frezen. De robuustheid van Hielscher's ultrasone apparatuur maakt het mogelijk om 24 uur per dag, 7 dagen per week en in veeleisende omgevingen te werken.

kwaliteit – Gemaakt in Duitsland

Als familiebedrijf is Hielscher trots op de hoge kwaliteit van zijn ultrasone processoren. Alle ultrasone processoren worden ontworpen, gefabriceerd en getest in ons hoofdkantoor in Teltow bij Berlijn, Duitsland. De robuustheid van Hielscher's ultrasoon apparatuur maakt het mogelijk om 24 uur per dag en 7 dagen per week in zware omstandigheden te werken.

U kunt Hielscher ultrasoon disintegratoren kopen in alle verschillende maten en de prijsklasse biedt een betaalbare ultrasoonmachine die past bij uw budget. Van het desintegreren van deeltjes in kleine laboratoriumflacons tot het continue desintegreren van slurries in de industriële productie, Hielscher Ultrasonics heeft een geschikte disintegrator voor u! Neem contact met ons op – Wij adviseren u graag de meest geschikte ultrasoonmachine!
Onderstaande tabel geeft een indicatie van de geschatte verwerkingscapaciteit van onze ultrasonicators: