Dezintegracja ultradźwiękowa: zwilżanie, rozpuszczanie, dyspergowanie

Integratory ultradźwiękowe są szeroko stosowane do zwilżania, dyspergowania lub rozpuszczania cząstek i proszków w cieczach. Wysokowydajne sonikatory wytwarzają intensywne siły ścinające, które rozbijają i rozkruszają agregaty, aglomeraty oraz cząstki pierwotne do rozmiarów mikroskopowych lub nanometrycznych. Równomierne przetwarzanie cząstek w polu kawitacji akustycznej prowadzi do wąskiego rozkładu wielkości cząstek i jednolitej powierzchni cząstek.

Dezintegratory ultradźwiękowe i ich zastosowania

Dezintegratory ultradźwiękowe generują intensywne siły ścinające, które zapewniają niezbędne oddziaływanie na ciała stałe, takie jak cząstki, kryształy i włókna, aby je rozbić i rozdrobnić do docelowego rozmiaru, np. mikrometrowego lub nanometrycznego. W porównaniu z alternatywnymi metodami dezintegracji, takimi jak mieszalniki łopatkowe o wysokiej intensywności ścinania, homogenizatory wysokociśnieniowe, młyny kulkowe, mikrofluidyzatory itp., dezintegratory ultradźwiękowe oferują kilka istotnych zalet.

Zalety dezintegratorów ultradźwiękowych

• Kawitacja i ścinanie o wysokiej intensywności
• Równomierne przetwarzanie cząstek
• Wysokie stężenia substancji stałych
• Brak dysz / brak zatykania
• Brak konieczności stosowania medium mielącego (tj. kulek)
• Liniowa skalowalność
• Łatwa i bezpieczna obsługa
• Łatwe czyszczenie
• Oszczędność czasu i energii

 

Zasada działania dezintegratorów ultradźwiękowych z sondą opiera się na wytwarzaniu kawitacji akustycznej. Za pośrednictwem sondy ultradźwiękowej fale ultradźwiękowe o wysokiej intensywności są przekazywane do medium procesowego (tj. cieczy lub zawiesiny). Fale ultradźwiękowe rozchodzą się w cieczy, wytwarzając w niej naprzemienne cykle wysokiego i niskiego ciśnienia. Podczas cykli niskiego ciśnienia powstają drobne pęcherzyki próżniowe, zwane pęcherzykami kawitacyjnymi. Pęcherzyki te rosną przez kilka cykli ciśnienia, aż osiągną rozmiar, przy którym nie mogą już pochłaniać więcej energii. W tym momencie pęcherzyki kawitacyjne gwałtownie implodują i lokalnie wytwarzają ekstremalne warunki, takie jak bardzo wysokie temperatury i ciśnienia, ekstremalne różnice temperatury i ciśnienia (wynikające z dużych szybkości ogrzewania / chłodzenia i wahań ciśnienia), mikroturbulencje oraz strumienie cieczy o prędkościach do 180m/s. Warunki te wywierają znaczące oddziaływanie mechaniczne na cząstki w medium, ponieważ strumienie cieczy o dużej prędkości przyspieszają cząstki w medium, powodując ich zderzenia. W wyniku zderzeń między cząstkami materia stała (np. cząstki, włókna, komórki) ulega erozji, rozkruszeniu i rozdrobnieniu na fragmenty o rozmiarach mikrometrowych i nanometrycznych.
Silne turbulencje wytwarzane przez sonikację zwiększają przenoszenie masy między fazami, wspomagając w ten sposób rozpuszczanie proszków lub heterogeniczne reakcje chemiczne. Dzięki temu dezintegratory ultradźwiękowe są preferowanym narzędziem do intensyfikacji procesów takich jak mielenie, dyspergowanie, emulgowanie i rozpuszczanie.

Przeczytaj więcej o ultradźwiękowej intensyfikacji reakcji chemicznych (sonochemii)!

Zastosowania dezintegratorów ultradźwiękowych

• Mielenie i rozdrabnianie
• Deaglomeracja i dyspergowanie
• Emulgowanie
• Rozpuszczanie proszków
• Usprawnianie przenoszenia masy
• Reakcje sonochemiczne

Dezintegratory ultradźwiękowe do zmniejszania wielkości cząstek

Dezintegratory ultradźwiękowe stosuje się do zmniejszania wielkości cząstek i ich rozprowadzania, niezależnie od tego, czy oznacza to rzeczywiste rozdrabnianie cząstek pierwotnych (określane jako mielenie), czy rozbijanie aglomeratów (określane jako deaglomeracja / dyspergowanie).

Dezintegratory ultradźwiękowe do mielenia i rozdrabniania

Kawitacja generowana ultradźwiękowo wytwarza intensywne siły ścinające i związane z nimi zderzenia między cząstkami. Substancje stałe w zawiesinie pełnią funkcję medium mielącego (porównywalnego do kulek lub perełek w młynie kulkowym / perełkowym): są przyspieszane przez kawitacyjne strumienie cieczy, które z łatwością osiągają prędkości do 180m/s. Gdy cząstki zderzają się ze sobą z tak ogromną prędkością, pękają i rozkruszają się na fragmenty o rozmiarach mikrometrowych i nanometrycznych. Dezintegratory ultradźwiękowe mogą rozbijać nawet cząstki pierwotne. Ultradźwiękowe reaktory z komorą przepływową zapewniają równomierną obróbkę wszystkich cząstek, dzięki czemu mielenie ultradźwiękowe prowadzi do wąskiego rozkładu wielkości cząstek.
Kliknij tutaj, aby dowiedzieć się więcej o mieleniu ultradźwiękowym!

Dezintegratory ultradźwiękowe do deaglomeracji i dyspergowania

Parametry procesu ultradźwiękowego można bardzo precyzyjnie kontrolować, dzięki czemu dezintegratory ultradźwiękowe mogą mielić cząstki pierwotne przy zastosowaniu wysokich amplitud i podwyższonego ciśnienia. Z drugiej strony systemy dezintegracji ultradźwiękowej mogą również pracować przy niższych amplitudach i w łagodniejszych warunkach, tak aby struktura i powierzchnia cząstek pozostawały nienaruszone, natomiast aglomeraty były rozbijane, a poszczególne cząstki równomiernie rozprowadzane w zawiesinie.
Kliknij tutaj, aby dowiedzieć się więcej o ultradźwiękowej deaglomeracji i dyspergowaniu!

Ultradźwiękowe dyspergowanie krzemionki pirogenicznej: homogenizator ultradźwiękowy Hielscher UP400S szybko i skutecznie dysperguje proszek krzemionkowy, rozdzielając go na pojedyncze nanocząstki.

Dezintegratory ultradźwiękowe do emulgowania

Gdy dwie niemieszające się ciecze (np. woda i olej) są poddawane sonikacji, kawitacja ultradźwiękowa rozbija krople – wytwarzając bardzo małe krople dwóch niemieszających się faz, które następnie są ze sobą mieszane. Ponieważ dezintegratory ultradźwiękowe z łatwością wytwarzają krople o rozmiarach nanometrycznych, stabilizowane emulsje ultradźwiękowe wykazują długotrwałą stabilność oraz klarowny, przezroczysty wygląd.
Kliknij tutaj, aby przeczytać więcej o ultradźwiękowym nanoemulgowaniu!

Dezintegratory ultradźwiękowe do rozpuszczania

Dezintegratory ultradźwiękowe służą do rozpuszczania proszku i tabletek w szybki, łatwy i bezpieczny sposób. Kawitacja generowana ultradźwiękowo powoduje erozję powierzchni ciał stałych i przenosi oderwane fragmenty do cieczy, tworząc w ten sposób jednorodny roztwór.
W przemyśle farmaceutycznym rozpuszczanie tabletek jest codziennym zadaniem, np. do celów analitycznych. Po umieszczeniu tabletki w środowisku wodnym rozpuszcza się ona powoli, w bardzo czasochłonnym procesie. Nawet przy użyciu zwykłego mieszadła lub mieszadła łopatkowego całkowite rozpuszczenie tabletek pozostaje czasochłonne. Kawitacja ultradźwiękowa i jej wyjątkowo intensywne siły ścinające odrywają cząstki od tabletki i przenoszą je do rozcieńczalnika, stale podtrzymując w ten sposób przenoszenie masy między powierzchnią tabletki a świeżym, nienasyconym rozcieńczalnikiem. Dzięki temu rozpuszczanie ultradźwiękowe jest niezwykle szybkim i wydajnym procesem, który pomaga przyspieszyć rozpuszczanie leków.
Kliknij tutaj, aby przeczytać więcej o rozpuszczaniu ultradźwiękowym!

Rozpuszczanie jest jednym z wielu zastosowań ultradźwięków o dużej mocy. Film przedstawia szybkie rozpuszczanie żelków w wodzie za pomocą Hielscher UP200St.

Jak działa dezintegrator mechaniczny?

Laboratoryjne dezintegratory ultradźwiękowe działają na tej samej zasadzie mechanicznej co dezintegratory przemysłowe. Systemy mieszające z dezintegratorami rozbijają aglomeraty i agregaty, rozpuszczają materię stałą lub dyspergują cząstki stałe w mieszaninach ciekłych. Dezintegracja ultradźwiękowa wykorzystuje sondę ultradźwiękową o wysokiej intensywności w zbiorniku do przetwarzania partii lub w reaktorze z komorą przepływową pracującym w linii procesowej. Sonda (sonotroda) dezintegratora ultradźwiękowego drga w cieczy z bardzo wysoką częstotliwością i wytwarza w niej intensywną kawitację ultradźwiękową. Każde zapadnięcie się pęcherzyka kawitacyjnego powoduje powstanie potężnych sił ścinających, które rozbijają aglomeraty, agregaty, a nawet cząstki pierwotne. Kawitacja ultradźwiękowa wytwarza również szybkie przepływy kawitacyjne o prędkościach do 1000km/h. Kawitacyjne strugi cieczy uderzają w aglomeraty cząstek, rozrywają ściany komórkowe, usprawniają przenoszenie materii w zawiesinie i rozprowadzają substancje stałe w całej objętości cieczy. W polu kawitacji ultradźwiękowej ciśnienie szybko i wielokrotnie zmienia się między próżnią a wartościami do 1000bar. Mieszalnik obrotowy z 4 łopatkami musiałby pracować z zawrotną prędkością 300 000 RPM, aby osiągnąć taką samą częstotliwość naprzemiennych cykli ciśnienia. Konwencjonalne mieszalniki obrotowe i mieszalniki rotor–stator nie wytwarzają znaczącej kawitacji ze względu na ograniczenia ich prędkości.

Interesuje Cię synteza nanocząstek metodą oddolną? – Kliknij tutaj, aby przeczytać więcej!

Laboratoryjne dezintegratory ultradźwiękowe

Urządzenia ultradźwiękowe z sondą są bardzo przydatnym narzędziem w każdym laboratorium. Sonda ultradźwiękowa (znana również jako sonotroda) to łatwy do czyszczenia pręt tytanowy o prostej geometrii, który przekazuje drgania ultradźwiękowe do cieczy. Hielscher produkuje sondy i końcówki ultradźwiękowe w szerokim zakresie rozmiarów. Do najczęściej wykonywanej w laboratorium dezintegracji ciał stałych bardzo przydatne są sondy ultradźwiękowe o średnicy końcówki 3, 7, 14 lub 22mm. Dostępne są również inne rozmiary sond oraz sondy ultradźwiękowe o rozmiarach wykonywanych na zamówienie. Typowe urządzenia ultradźwiękowe do dezintegracji laboratoryjnej mają moc ultradźwiękową od 100 do 400 watów.

Przemysłowe dezintegratory ultradźwiękowe

Przemysłowe dezintegratory Hielscher to procesory ultradźwiękowe dużej mocy, przeznaczone do ciągłej dezintegracji dużych strumieni zawiesin przy dużym obciążeniu. Te systemy przemysłowe z łatwością radzą sobie z wysokimi stężeniami substancji stałych. Przemysłowe sondy ultradźwiękowe są wyposażone w kołnierz, który można zamontować do stalowych zbiorników, szklanych reaktorów lub plastikowych pojemników w dowolnej orientacji. Zwiększenie ciśnienia w naczyniu do sonikacji lub komorze przepływowej intensyfikuje kawitację akustyczną, a tym samym proces sonikacji. Typowe przemysłowe urządzenia do dezintegracji ultradźwiękowej mają moc ultradźwiękową od 1000 do 16 000 watów na sonotrodę.

Branże, w których dezintegracja ultradźwiękowa jest szeroko stosowana:

• Dyspergowanie, rozpuszczanie, mieszanie formulacji ciało stałe/ciecz
• Nauka o materiałach
• Przygotowanie próbek przed analizą
• Zastosowania nanocząstek
• Funkcjonalizacja cząstek
• Reakcje z przeniesieniem międzyfazowym
• Krystalizacja / strącanie
• Przetwórstwo żywności
• Przemysł papierniczy
• Rozkład biomasy

Jak kupić odpowiedni dezintegrator ultradźwiękowy?

Hielscher Ultrasonics jest producentem z wieloletnim doświadczeniem w zakresie wysokowydajnych dezintegratorów ultradźwiękowych, które służą do dyspergowania i rozbijania cząstek lub rozpuszczania proszków w cieczach. Jako lider rynku Hielscher projektuje, produkuje i dystrybuuje dezintegratory i homogenizatory ultradźwiękowe – od urządzeń laboratoryjnych i stołowych po pełną skalę przemysłową.

Pomagamy odpowiedzieć na poniższe pytania, aby znaleźć dezintegrator ultradźwiękowy najlepiej dopasowany do Twojego zastosowania i potrzeb:

• Jakie jest docelowe zastosowanie?
• Jaka jest typowa objętość, którą trzeba przetworzyć?
• Jakie są krytyczne czynniki procesu?
• Jakie standardy jakości trzeba osiągnąć?

Nasz dobrze przeszkolony i doświadczony personel pomoże Ci we wszelkich kwestiach i w opracowaniu koncepcji procesu. Hielscher Ultrasonics oferuje szczegółowe doradztwo dotyczące procesów ultradźwiękowych, aby pomóc naszym klientom znaleźć optymalne urządzenie ultradźwiękowe. Na tym jednak usługi Hielscher się nie kończą: szkolimy klientów w ich zakładach lub w naszym laboratorium procesów ultradźwiękowych i centrum technicznym, wspierając ich podczas opracowywania, optymalizacji i zwiększania skali procesu.
Przemysłowe procesory ultradźwiękowe Hielscher Ultrasonics z łatwością zapewniają bardzo wysokie amplitudy, niezbędne do rozbijania twardych cząstek i aglomeratów lub przetwarzania zawiesin o wysokim stężeniu substancji stałych. Przemysłowe dezintegratory Hielscher mogą pracować z amplitudami do 200µm w trybie ciągłym 24/7. Do jeszcze wyższych amplitud dostępne są sonotrody ultradźwiękowe wykonywane na zamówienie. Dodatkowe akcesoria, takie jak wzmacniacze amplitudy, komory przepływowe, reaktory do sonikacji i kompletne układy recyrkulacji, są łatwo dostępne i umożliwiają konfigurację systemu ultradźwiękowego zgodnie z wymaganiami Twojego procesu.

Zaawansowane dezintegratory ultradźwiękowe i urządzenia do rozpuszczania

Hielscher Ultrasonics koncentruje się na wysokowydajnych dezintegratorach o najwyższej łatwości obsługi, wykorzystujących najnowocześniejsze osiągnięcia techniczne. Oznacza to, że standardy laboratoryjnych dezintegratorów Hielscher coraz bardziej zbliżają się do poziomu inteligentnych funkcji maszyn przemysłowych. Użytkownik może zdalnie sterować cyfrowymi sonikatorami Hielscher za pośrednictwem przeglądarki. Oprogramowanie do automatycznego rejestrowania danych zapisuje wszystkie ważne parametry ultradźwiękowe, takie jak moc netto, moc całkowita, amplituda, temperatura, ciśnienie, czas i data, w pliku CSV na wbudowanej karcie SD. Ponadto dezintegrator ultradźwiękowy można zaprogramować tak, aby automatycznie wyłączał się po określonym czasie lub po dostarczeniu określonej ilości energii, a także zaprogramować tryby sonikacji pulsacyjnej. Podłączane czujniki temperatury i ciśnienia umożliwiają dokładne monitorowanie warunków próbki. Ponieważ kontrola temperatury materiałów wrażliwych na ciepło jest kluczowym czynnikiem wpływającym na jakość wyników procesu, Hielscher oferuje różne rozwiązania pozwalające utrzymywać temperaturę procesu w docelowym zakresie.
Zaawansowane funkcje sonikatorów Hielscher zapewniają najwyższy poziom kontroli procesu, wiarygodne i powtarzalne wyniki sonikacji, łatwość obsługi oraz komfort pracy.
Przemysłowe procesory ultradźwiękowe Hielscher Ultrasonics mogą zapewniać bardzo wysokie amplitudy. Praca z amplitudami do 200µm może być z łatwością prowadzona w sposób ciągły w trybie 24/7. Do jeszcze wyższych amplitud dostępne są sonotrody ultradźwiękowe wykonywane na zamówienie. Możliwość pracy z tak wysokimi amplitudami pozwala naszym klientom skutecznie mielić cząstki pierwotne do rozmiarów nanometrycznych. Wytrzymałość urządzeń ultradźwiękowych Hielscher umożliwia pracę w trybie 24/7 przy dużym obciążeniu i w wymagających warunkach.
Przeczytaj więcej o rozpuszczaniu ultradźwiękowym i urządzeniach do rozpuszczania!

Jakość – wyprodukowano w Niemczech

Jako przedsiębiorstwo będące własnością rodziny i przez nią prowadzone Hielscher szczyci się wysoką jakością swoich procesorów ultradźwiękowych. Wszystkie sonikatory są projektowane, produkowane i testowane w naszej siedzibie w Teltow koło Berlina w Niemczech. Wytrzymałość urządzeń ultradźwiękowych Hielscher umożliwia pracę w trybie 24/7 przy dużym obciążeniu i w wymagających warunkach.

Dezintegratory ultradźwiękowe Hielscher można kupić we wszystkich różnych rozmiarach, a zakres cen pozwala znaleźć przystępny cenowo sonikator dopasowany do Twojego budżetu. Od dezintegracji cząstek w małych fiolkach laboratoryjnych po dezintegrację zawiesin w przepływie ciągłym w produkcji przemysłowej – Hielscher Ultrasonics ma dla Ciebie odpowiedni dezintegrator! Skontaktuj się z nami – z przyjemnością polecimy Ci najlepiej dopasowany sonikator!
Poniższa tabela przedstawia orientacyjną wydajność przetwarzania naszych sonikatorów: