Ultrasone batchmengers met hoge afschuifkrachten voor laboratorium- en productieschaal

Bevochtiging, hydratatie, homogenisatie, vermaling, dispersie, emulgering en oplossen zijn gangbare toepassingen voor de ultrasone batchmengers met hoge afschuifkrachten van Hielscher. Ultrasoon mengen van batches vindt met hoge snelheid plaats en levert betrouwbare, reproduceerbare resultaten voor uitstekende procesresultaten op laboratoriumschaal, op de schaal van tafelmodellen en op volledige commerciële productieschaal. De multifunctionele batchhomogenisatoren van Hielscher bieden u de mogelijkheid om met hoge snelheid uniforme mengsels van vaste stoffen en vloeistoffen en van vloeistoffen onderling te mengen, voor de hoogste productkwaliteit.

Ultrasoon mengen van batches met hoge snelheid: procesintensivering met hoge afschuifkrachten

• Snelle dispersie: Onmiddellijke deagglomeratie van submicron- en nanomaterialen.
• Veelzijdige verwerking: Ideaal voor hoge viscositeiten, pasta’s en abrasieve materialen.
• Lineaire opschaling: Volledig reproduceerbare resultaten van laboratorium tot volledige productie.
• Energiezuinig: Lager energieverbruik dan concurrerende technologieën.

Mengen van batches met hoge snelheid en hoge ultrasone afschuifkrachten

Ultrasoon mengen van batches met hoge afschuifkrachten vormt een aanzienlijke vooruitgang ten opzichte van conventionele technologieën zoals rotor-statormengers, straalmengers en UltraTurrax-systemen, en biedt superieure procesefficiëntie en productkwaliteit. Terwijl traditionele methoden op mechanische afschuiving berusten, gebruiken ultrasone mengers geluidsgolven met hoge energie om akoestische cavitatie op te wekken, waardoor een unieke omgeving voor micromenging ontstaat die wordt gekenmerkt door extreme lokale omstandigheden. Dit verschijnsel genereert schokgolven en vloeistofstralen met hoge snelheden tot 280 m/s, die zorgen voor de intense microagitatie die nodig is voor snelle bevochtiging van poeders, onmiddellijke deagglomeratie van submicron- en nanodeeltjes en de vorming van perfect homogene emulsies.
Naast deze voordelen van micromenging zijn ultrasone systemen aanzienlijk energiezuiniger, verwerken ze abrasieve materialen met gemak en maken ze snelle reiniging zonder beschadiging (CIP/SIP) mogelijk, waardoor ze de ideale keuze zijn voor veeleisende industriële toepassingen.

Voor wie is ultrasoon mengen van batches met hoge afschuifkrachten geschikt?

Ultrasoon mengen van batches met hoge afschuifkrachten is ideaal voor fabrikanten, formuleerders en R&D-teams in sectoren waar precisie, consistentie en snelle dispersie onmisbaar zijn. Het is bijzonder waardevol voor bedrijven die nano- en submicronmaterialen, hoogviskeuze pasta’s, abrasieve suspensies of complexe formuleringen van vaste stoffen en vloeistoffen of van vloeistoffen onderling verwerken. Sectoren zoals cosmetica, farmacie, geavanceerde materialen, voedingsmiddelen en dranken, verven en coatings, speciale chemicaliën en nanotechnologie vertrouwen op deze technologie om onmiddellijke bevochtiging van poeders, uniforme emulsies en consistente verkleining van deeltjes zonder thermische afbraak te bereiken. Als uw proces reproduceerbare resultaten, volledig lineaire opschaling van laboratorium naar productie en een lager energieverbruik dan traditionele rotor-statorsystemen vereist, is ultrasoon mengen van batches met hoge afschuifkrachten ontworpen om aan uw exacte specificaties te voldoen.

Akoestische cavitatie – het werkingsprincipe van ultrasone afschuifkrachten en menging

Wanneer ultrasone golven met hoge energie in vloeistoffen en suspensies worden gekoppeld, genereren afwisselende cycli van hoge druk en lage druk (bijv. 20.000 cycli per seconde bij 20kHz) vacuümbellen of holtes in de vloeistof. Deze bellen groeien gedurende meerdere cycli totdat ze heftig imploderen omdat ze geen energie meer kunnen opnemen. Tijdens de implosie van de bellen ontstaan lokaal extreme omstandigheden: temperaturen tot 5.000K, drukken tot 2.000atm en vloeistofstralen met snelheden tot 280m/s. Dit verschijnsel wordt cavitatie genoemd. Ultrasone cavitatie wordt met succes toegepast voor uiteenlopende meng-, maal- en vermalingstoepassingen, bijvoorbeeld voor de verwerking van colloïden, poeders, vloeistoffen, oliën, smeervetten, harsen, epoxy’s, pigmentpasta’s, inkten, verven, siliconen, crèmes, gels, polymeren, urethanen en nog veel meer.
 

Ultrasoon mengen is gebaseerd op akoestische cavitatie en de bijbehorende hydrodynamische afschuifkrachten.

Waarom ultrasone technologie? – Voor volledige procescontrole

Met ultrasoon mengen kunt u alle belangrijke procesparameters nauwkeurig regelen. Dit is cruciaal om optimale procesresultaten te bereiken en tegelijkertijd zo efficiënt mogelijk te werken.

• Ultrasone amplitude:

De verplaatsing van de horizontale oppervlakken van de sonotrode (ultrasone hoorn/sonde) kan aan de proceseisen worden aangepast via de vermogensinstelling van het ultrasone apparaat, de keuze van de sonotrode en het gebruik van een versterkerhoorn.

• Druk:

Het toepassen van druk tijdens het sonicatieproces intensiveert het proces en staat bekend als manosonicatie (MS). Ultrasone cavitatie wordt bij verhoogde druk intenser en heftiger. Daarom biedt Hielscher gesloten batchreactoren aan die onder druk kunnen worden gezet.

• Sonicateduur:

Als algemene regel geldt: hoe langer de sonicatieduur, hoe meer voortgang in het proces, bijvoorbeeld bij verkleining, dispersie enz., wordt bereikt – mits voldoende intensiteit wordt toegepast om het procesmedium te beïnvloeden.

• Temperatuur:

Ultrasone verwerking is een niet-thermische, mechanische verwerkingstechniek. Volgens de wet van de thermodynamica zal energie die in materie wordt gekoppeld echter altijd uiteindelijk in warmte worden omgezet. De uitstekende energie-efficiëntie van de sonicatoren van Hielscher zorgt er echter voor dat tot 90% van de energie uit het stopcontact wordt omgezet in ultrasone golven en in het procesmedium wordt gekoppeld.

• Viscositeit:

De viscositeit van het procesmedium is een belangrijke factor bij ultrasone verwerking. Bij toepassingen zoals deeltjesverkleining, malen en dispersie zijn de botsingen tussen deeltjes die door cavitatieschokgolven worden veroorzaakt een van de belangrijkste proceseffecten die tot deeltjesbreuk leiden; een hoge deeltjesconcentratie is daarbij gunstig.

Laten we uw ideale mengoplossing ontwerpen!

Om de optimale procesomstandigheden te bepalen (= het beste resultaat met de minimaal benodigde energietoevoer), moeten de hierboven genoemde parameters worden vastgesteld in overeenstemming met het beoogde procesdoel.
Haalbaarheidstests en procesoptimalisatie kunnen eenvoudig op laboratoriumschaal en op de schaal van tafelmodellen worden uitgevoerd. Alle behaalde resultaten kunnen exact worden gereproduceerd en lineair worden opgeschaald naar productieschaal. Hielscher Ultrasonics biedt u professioneel advies en een volledig uitgerust proceslaboratorium waar we het proces samen met u of voor u kunnen optimaliseren!
Hielscher is uw expert voor ultrasone procesoplossingen. Neem vandaag nog contact met ons op; wij bevelen u graag het geschikte apparaat aan om aan de behoeften van uw toepassing te voldoen!

Literatuur / Referenties

• Han N.S., Basri M., Abd Rahman M.B. Abd Rahman R.N., Salleh A.B., Ismail Z. (2012): Preparation of emulsions by rotor-stator homogenizer and ultrasonic cavitation for the cosmeceutical industry. Journal of Cosmetic Science Sep-Oct; 63(5), 2012. 333-44.
• Badgujar, N.P.; Bhoge, Y.E.; Deshpande, T.D.; Bhanvase, B.A.; Gogate, P.R.; Sonawane, S.H.; Kulkarni, R.D. (2015): Ultrasound assisted organic pigment dispersion: advantages of ultrasound method over conventional method. Pigment ; Resin Technology, Vol. 44 No. 4, 2015. 214-223.
• Marija Ćosić, Antonija Čelan, Ivana Crnogorac, Ante Bilušić (2025): The effects of impeller diameter in sonicated and silent systems on crystallisation of borax decahydrate. Chemical Engineering Research and Design, Volume 223, 2025. 706-716.