Ultrasone disintegratie: bevochtigen, oplossen, dispergeren

Ultrasone integratoren worden veelvuldig gebruikt om deeltjes en poeders in vloeistoffen te bevochtigen, te dispergeren of op te lossen. Sonicatoren met hoge prestaties creëren intense afschuifkrachten, die aggregaten, agglomeraten en primaire deeltjes breken en verbrijzelen tot microscopische of nanogrootte. De uniforme verwerking van deeltjes in het akoestische cavitatieveld resulteert in een smalle deeltjesverdeling en een uniform deeltjesoppervlak.

Ultrasone disintegratoren en hun toepassingen

Ultrasone disintegratoren leveren intense afschuifkrachten, die de vereiste impact op vaste stoffen zoals deeltjes, kristallen en vezels creëren om deze uiteen te laten vallen en te verkleinen tot een beoogde grootte, bijvoorbeeld micro- of nanogrootte. Vergeleken met alternatieve disintegratiemethoden zoals bladmengers met hoge afschuiving, hogedrukhomogenisatoren, parelmolens, microfluïdisatoren enz. bieden ultrasone disintegratoren enkele belangrijke voordelen.

Voordelen van ultrasone disintegratoren

• Cavitatie en afschuiving met hoge intensiteit
• Uniforme verwerking van deeltjes
• Hoge concentraties vaste stoffen
• Geen spuitmonden / geen verstopping
• Geen maalmedium (d.w.z. parels) nodig
• Lineaire schaalbaarheid
• Eenvoudige & veilige bediening
• Eenvoudig te reinigen
• Tijd- & energie-efficiënt

 

Het werkingsprincipe van ultrasone disintegratoren met een sonde berust op het opwekken van akoestische cavitatie. Via de ultrasone sonde worden ultrasone golven met hoge intensiteit overgebracht naar het procesmedium (d.w.z. vloeistof of suspensie). De ultrasone golven verplaatsen zich door de vloeistof en creëren daar afwisselende cycli van hoge en lage druk. Tijdens de lagedrukcycli ontstaan minuscule vacuümbellen, zogeheten cavitatiebellen. Deze cavitatiebellen groeien gedurende meerdere drukcycli totdat ze een grootte bereiken waarbij ze geen energie meer kunnen absorberen. Op dat moment imploderen de cavitatiebellen hevig en creëren ze lokaal extreme omstandigheden, zoals zeer hoge temperaturen, drukken, extreme temperatuur- en drukverschillen (door hoge verwarmings- / afkoelsnelheden en drukschommelingen), microturbulenties en vloeistofstromen met snelheden tot 180m/s. Deze omstandigheden hebben aanzienlijke mechanische effecten op deeltjes in het medium, omdat de vloeistofstromen met hoge snelheid de deeltjes in het medium versnellen, waardoor de deeltjes botsen. Door botsingen tussen deeltjes eroderen en verbrijzelen vaste stoffen (bijvoorbeeld deeltjes, vezels, cellen) en worden ze gefragmenteerd tot stukjes van micro- en nanogrootte.
De sterke turbulenties die door sonicatie worden gecreëerd, verhogen de massaoverdracht tussen fasen en bevorderen daardoor het oplossen van poeders of heterogene chemische reacties. Hierdoor zijn ultrasone disintegratoren het voorkeursinstrument om processen zoals malen, dispergeren, emulgeren en oplossen te intensiveren.

Lees meer over de ultrasone intensivering van chemische reacties (sonochemie)!

Toepassingen van ultrasone disintegratoren

• Malen & vermalen
• Deagglomeratie & dispersie
• Emulgeren
• Oplossen van poeders
• Verbeteren van de massaoverdracht
• Sonochemische reacties

Ultrasone disintegratoren voor deeltjesverkleining

Ultrasone disintegratoren worden gebruikt voor deeltjesverkleining en deeltjesverdeling, of het nu gaat om daadwerkelijke verkleining van primaire deeltjes (aangeduid als malen) of het uiteenvallen van agglomeraten (aangeduid als deagglomeratie / dispersie).

Ultrasone disintegratoren voor malen & vermalen

Ultrasoon opgewekte cavitatie creëert intense afschuifkrachten en daarmee samenhangende botsingen tussen deeltjes. De vaste stoffen in de suspensie fungeren als maalmedium (vergelijkbaar met parels in een parelmolen): ze worden versneld door de vloeistofstromen die door cavitatie ontstaan en die gemakkelijk snelheden tot 180m/s bereiken. Wanneer de deeltjes met zo’n enorme snelheid tegen elkaar botsen, breken en verbrijzelen ze tot fragmenten van micro- en nanogrootte. Ultrasone disintegratoren kunnen zelfs primaire deeltjes breken. Ultrasone doorstroomcelreactoren zorgen voor een uniforme behandeling van alle deeltjes, zodat ultrasoon malen resulteert in een smalle deeltjesgrootteverdeling.
Klik hier voor meer informatie over ultrasoon malen!

Ultrasone disintegratoren voor deagglomeratie & dispersie

Ultrasone procesparameters kunnen zeer nauwkeurig worden geregeld, zodat ultrasone disintegratoren primaire deeltjes kunnen malen wanneer hoge amplitudes en verhoogde druk worden toegepast. Anderzijds kunnen ultrasone disintegratiesystemen ook bij lagere amplitudes en mildere omstandigheden worden gebruikt, zodat de structuur en het oppervlak van de deeltjes intact blijven, terwijl agglomeraten uiteen worden gebroken en de afzonderlijke deeltjes uniform in de suspensie worden verdeeld.
Klik hier voor meer informatie over ultrasone deagglomeratie en dispersie!

Ultrasoon dispergeren van pyrogeen silica: de Hielscher ultrasone homogenisator UP400S dispergeert silicapoeder snel en efficiënt tot afzonderlijke nanodeeltjes.

Ultrasone disintegratoren voor emulgeren

Wanneer twee niet-mengbare vloeistoffen (bijvoorbeeld water en olie) worden gesoniceerd, breekt de ultrasone cavitatie de druppels op – hierdoor ontstaan zeer kleine druppels van de twee niet-mengbare fasen, die vervolgens met elkaar worden gemengd. Omdat ultrasone disintegratoren gemakkelijk druppels van nanogrootte produceren, vertonen gestabiliseerde ultrasone emulsies een langdurige stabiliteit en een helder, transparant uiterlijk.
Klik hier om meer te lezen over ultrasoon nano-emulgeren!

Ultrasone disintegratoren voor oplossen

Ultrasone disintegratoren worden gebruikt om poeder en tabletten met een snelle, eenvoudige en veilige procedure op te lossen. Ultrasoon opgewekte 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 tabletten aan een waterige omgeving worden blootgesteld, lossen ze langzaam op in een zeer tijdrovend proces. Zelfs bij gebruik van een gewone roerder of bladroerder blijft het volledig oplossen van tabletten tijdrovend. Ultrasone cavitatie en de buitengewoon intense afschuifkrachten ervan maken de deeltjes los van de tablet en transporteren ze naar de verdunningsvloeistof, waardoor de massaoverdracht tussen het tabletoppervlak en verse, onverzadigde verdunningsvloeistof continu doorgaat. Hierdoor is ultrasoon oplossen een uiterst snel en efficiënt proces, dat helpt het oplossen van geneesmiddelen te versnellen.
Klik hier om meer te lezen over ultrasoon oplossen!

Oplossen is een van de vele toepassingen van hoogvermogenultrageluid. De video demonstreert hoe geleisnoepjes met de Hielscher UP200St snel in water worden opgelost.

Hoe werkt een mechanische disintegrator?

Ultrasone laboratoriumdisintegratoren gebruiken hetzelfde mechanische principe als industriële disintegratoren. Mengsystemen met disintegratoren laten agglomeraten en aggregaten uiteenvallen, lossen vaste stoffen op of dispergeren vaste deeltjes in vloeistofmengsels. Bij ultrasone disintegratie wordt een ultrasone sonde met hoge intensiteit gebruikt in een batchtank of in een inline-doorstroomcelreactor. De sonde (sonotrode) van de ultrasone disintegrator trilt met een zeer hoge frequentie in de vloeistof en creëert intense ultrasone cavitatie in de vloeistof. Elke implosie van een cavitatiebel resulteert in krachtige afschuifkrachten, die agglomeraten, aggregaten en zelfs primaire deeltjes breken. Ultrasone cavitatie produceert ook snelle cavitatiestromingen tot 1000km/h. De vloeistofstralen die door cavitatie ontstaan, treffen deeltjesagglomeraten, scheuren celwanden open, verbeteren de materiaaloverdracht binnen de suspensie en dispergeren vaste stoffen door het gehele vloeistofvolume. In het ultrasone cavitatieveld wisselt de druk snel en herhaaldelijk tussen vacuüm en maximaal 1000bar. Een roterende menger met 4 mengbladen zou met een duizelingwekkende 300.000 RPM moeten werken om dezelfde frequentie van afwisselende drukcycli te bereiken. Conventionele roterende mengers en rotor-statormengers creëren door hun beperkte snelheid geen significante hoeveelheid cavitatie.

Geïnteresseerd in de bottom-upsynthese van nanodeeltjes? – Klik hier om meer te lezen!

Ultrasone laboratoriumdisintegratoren

Ultrasone apparaten met een sonde zijn in elk laboratorium een zeer nuttig hulpmiddel. Een ultrasone sonde (ook bekend als sonotrode) is een eenvoudig gevormde, gemakkelijk te reinigen titanium staaf die ultrasone trillingen in een vloeistof koppelt. Hielscher maakt ultrasone sondes en tips in een breed scala aan afmetingen. Voor de meest gebruikelijke disintegratie van vaste stoffen in het laboratorium zijn ultrasone sondes met een tipdiameter van 3, 7, 14 of 22mm zeer nuttig. Andere sondeafmetingen en ultrasone sondes met afmetingen op maat zijn beschikbaar. Gangbare ultrasone apparaten voor disintegratie in het laboratorium hebben een ultrasoon vermogen van 100 tot 400 watt.

Industriële ultrasone disintegratoren

Industriële disintegratoren van Hielscher zijn ultrasone processoren met hoog vermogen, ontworpen voor intensieve, continue disintegratie van grote suspensiestromen. Deze industriële systemen kunnen gemakkelijk hoge concentraties vaste stoffen verwerken. Industriële ultrasone sondes zijn uitgerust met een flens die in elke oriëntatie aan stalen tanks, glazen reactoren of kunststof containers kan worden gemonteerd. Het onder druk zetten van het sonicatievat of de doorstroomcel intensiveert de akoestische cavitatie en daarmee het sonicatieproces. Gangbare industriële ultrasone disintegratieapparatuur heeft een ultrasoon vermogen van 1000 tot 16.000 watt per sonotrode.

Sectoren waarin ultrasone disintegratie veelvuldig voorkomt:

• Dispergeren, oplossen en mengen van formuleringen van vaste stoffen/vloeistoffen
• Materiaalkunde
• Monstervoorbereiding vóór analyse
• Toepassingen met nanodeeltjes
• Functionalisering van deeltjes
• Faseoverdrachtsreacties
• Kristallisatie / precipitatie
• Voedselverwerking
• Papierindustrie
• Vergisting van biomassa

Hoe koopt u de juiste ultrasone disintegrator?

Hielscher Ultrasonics is een fabrikant met jarenlange ervaring in ultrasone disintegratoren met hoge prestaties, die worden gebruikt om deeltjes te dispergeren en te breken of om poeders in vloeistoffen op te lossen. Als marktleider ontwerpt, produceert en distribueert Hielscher ultrasone disintegratoren en homogenisatoren van laboratorium- en tafelmodellen tot 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 beoogde toepassing?
• Wat is het gebruikelijke volume dat moet worden verwerkt?
• Wat zijn de kritieke factoren van het proces?
• Welke kwaliteitsnormen moeten worden gehaald?

Onze goed opgeleide en ervaren medewerkers helpen u bij alle vragen en bij het ontwerp van uw proces. Hielscher Ultrasonics biedt diepgaand advies over ultrasone processen om onze klanten te helpen het optimale ultrasone apparaat te vinden. Maar de dienstverlening van Hielscher houdt hier niet op: wij leiden klanten op, hetzij op hun eigen locatie, hetzij in ons laboratorium voor ultrasone processen en ons technisch centrum, om hen te ondersteunen bij procesontwikkeling, optimalisatie en opschaling.
De industriële ultrasone processoren van Hielscher Ultrasonics leveren gemakkelijk zeer hoge amplitudes, die nodig zijn om harde deeltjes en agglomeraten te breken of om suspensies met een hoge concentratie vaste stoffen te verwerken. Industriële disintegratoren van Hielscher kunnen continu met amplitudes tot 200µm worden gebruikt in 24/7-bedrijf. Voor nog hogere amplitudes zijn op maat gemaakte ultrasone sonotroden beschikbaar. Verdere accessoires zoals amplitudeversterkers, doorstroomcellen, sonicatiereactoren en complete recirculatieopstellingen zijn direct beschikbaar en maken het mogelijk uw ultrasone systeem te configureren volgens uw procesvereisten.

Geavanceerde ultrasone disintegratoren en oplosapparaten

Hielscher Ultrasonics richt zich op disintegratoren met hoge prestaties en met de hoogste gebruiksvriendelijkheid en de modernste technische ontwikkelingen. Dit betekent dat de normen van de laboratoriumdisintegratoren van Hielscher steeds meer aansluiten bij de intelligentie van industriële machines. De gebruiker kan de digitale sonicatoren van Hielscher op afstand via een browser bedienen. De software voor automatische gegevensregistratie schrijft alle belangrijke ultrasone parameters zoals nettovermogen, totaalvermogen, amplitude, temperatuur, druk, tijd en datum als CSV-bestand naar een ingebouwde SD-kaart. Bovendien kan de ultrasone disintegrator worden geprogrammeerd om na een bepaalde tijd of een specifieke energietoevoer automatisch uit te schakelen, of kunnen pulserende sonicatiemodi worden geprogrammeerd. Aansluitbare temperatuur- en druksensoren maken het mogelijk de monstercondities zorgvuldig te volgen. Omdat temperatuurregeling bij warmtegevoelige materialen een cruciale factor is voor de kwaliteit van de procesresultaten, biedt Hielscher verschillende oplossingen om de procestemperatuur binnen het beoogde temperatuurbereik te houden.
De geavanceerde functies van de sonicatoren van Hielscher garanderen de hoogste procescontrole, betrouwbare en reproduceerbare sonicatieresultaten, gebruiksvriendelijkheid en werkcomfort.
De industriële ultrasone processoren van Hielscher Ultrasonics kunnen zeer hoge amplitudes leveren. Amplitudes tot 200µm kunnen gemakkelijk continu in 24/7-bedrijf worden toegepast. Voor nog hogere amplitudes zijn op maat gemaakte ultrasone sonotroden beschikbaar. De mogelijkheid om met zulke hoge amplitudes te werken, stelt onze klanten in staat primaire deeltjes effectief tot nanogrootte te malen. De robuustheid van de ultrasone apparatuur van Hielscher maakt 24/7-bedrijf bij zware belasting en in veeleisende omgevingen mogelijk.
Lees meer over ultrasoon oplossen en oplosapparaten!

Kwaliteit – Made in Germany

Als familiebedrijf dat door de familie wordt geleid, is Hielscher trots op de hoge kwaliteit van zijn ultrasone processoren. Alle sonicatoren worden ontworpen, geproduceerd en getest op ons hoofdkantoor in Teltow bij Berlijn, Duitsland. De robuustheid van de ultrasone apparatuur van Hielscher maakt 24/7-bedrijf bij zware belasting en in veeleisende omgevingen mogelijk.

U kunt ultrasone disintegratoren van Hielscher in allerlei afmetingen kopen en het prijsaanbod biedt een betaalbare sonicator die bij uw budget past. Van deeltjesdisintegratie in kleine laboratoriumflesjes tot disintegratie van suspensies in een continue stroom bij industriële productie: Hielscher Ultrasonics heeft een geschikte disintegrator voor u! Neem contact met ons op – wij adviseren u graag over de meest geschikte sonicator!
De onderstaande tabel geeft u een indicatie van de geschatte verwerkingscapaciteit van onze sonicatoren: