Homogenizatory – Zasada działania, zastosowanie i skalowanie

Homogenizatory to rodzaj mieszalników, w których stosuje się siły mechaniczne do mieszania, emulgowania, dyspergowania i rozpuszczania układów ciecz-ciecz i ciało stałe-ciecz. W zależności od modelu homogenizatora do wytworzenia sił wymaganych do rozpadu i rozbicia cząstek stałych oraz kropel cieczy wykorzystuje się ścinanie obrotowe, dysze lub ultradźwięki o dużej mocy. Dowiedz się więcej o urządzeniach homogenizujących i ich zastosowaniach w badaniach i produkcji!

Co to jest homogenizator?

Homogenizator to klasa urządzeń mieszających, których zadaniem jest rozbijanie cząstek, zarówno stałych, jak i ciekłych, w celu uzyskania jednorodnej mieszaniny. Homogenizatory są dostępne jako urządzenia laboratoryjne, stołowe i przemysłowe, wykorzystywane do różnych zastosowań w badaniach i przemyśle. Typowe zastosowania homogenizatorów obejmują mieszanie i rozdrabnianie różnych materiałów, w tym między innymi cząstek stałych, pigmentów, substancji chemicznych, roślin, żywności, komórek, tkanek.

Zapytanie o informacje




Zwróć uwagę na nasze Polityka prywatności.


Przemysłowy homogenizator ultradźwiękowy do dyspersji, emulsji, zmniejszania wielkości cząstek i mieszania.

MultiSonoReactor MSR-4 to przemysłowy homogenizator inline z ultradźwiękami o mocy 16 000 W, przeznaczony do wymagających zastosowań, takich jak nano-dyspersje i nano-emulsje.

Przegląd różnych typów homogenizatorów

W handlu dostępne są różne typy homogenizatorów do stosowania w produkcji laboratoryjnej i przemysłowej na dużą skalę. Jednak najczęściej stosowane są mieszalniki wirnikowe/statorowe (koloidalne), homogenizatory wysokociśnieniowe i homogenizatory ultradźwiękowe.
Mieszadła z wirnikiem lub łopatkami mają wirujące ostrze, które obraca się z dużą prędkością na dnie naczynia mieszającego, łącząc różne materiały w jednorodną mieszaninę.
Jak mówi nazwa mieszalnik rotor/stator Mieszalnik rotorowo-stojanowy składa się z rotora i stojana. Wirnik jest metalowym wałem, który obraca się z dużą prędkością w stojanie. Stator jest częścią metalową, która pozostaje nieruchoma. Obrót wirnika powoduje efekt ssania, który przemieszcza materiał stały i ciekły między stojanem a wirnikiem, gdzie cząstki stałe są redukowane do mniejszych rozmiarów.
Zasada działania homogenizator wysokociśnieniowy (HPH) opiera się na wykorzystaniu pompy wysokociśnieniowej i zaworu (dyszy, kryzy), co sprawia, że sprzęt jest duży, ciężki i drogi. Przetwarzana zawiesina jest przetłaczana z dużą prędkością przez małą kryzę, co powoduje zmniejszenie wielkości cząstek, ponieważ cząstki muszą mieć pewien mały rozmiar, aby przejść przez zawór. Zwłaszcza w przypadku przetwarzania ciał stałych zawory HPH są podatne na zatykanie.
homogenizatorów ultradźwiękowych wykorzystują duże siły ścinające generowane przez kawitację akustyczną, co daje im szereg zalet w porównaniu z innymi technikami homogenizacji. Poniżej przedstawiono zasadę działania i korzyści wynikające z homogenizacji ultradźwiękowej.

Wideo demonstruje ultradźwiękową dyspersję koloru czerwonego za pomocą UP400St z sondą S24d 22mm.

Ultradźwiękowa dyspersja kolorów czerwonych przy użyciu UP400St

Ultradźwięki o dużej mocy jako siła homogenizująca

Wzmacniacz ultradźwiękowy i sonda (kaskadowa) montowana do tuby przetwornika ultradźwiękowego UIP2000hdTHomogenizator ultradźwiękowy wykorzystuje wibracje ultradźwiękowe i kawitację o wysokiej intensywności do wytwarzania bardzo intensywnych sił ścinających, dlatego można go nazwać superintensywnym mieszalnikiem wysokościnającym. Tajemnicą powstawania bardzo intensywnych sił ścinających jest kawitacja akustyczna, która jest generowana przez fale ultradźwiękowe o dużej mocy. Homogenizator ultradźwiękowy składa się z generatora, który jest jednostką zasilającą i sterującą, oraz z przetwornika. Przetwornik zawiera ceramikę piezoelektryczną. Ceramika piezoelektryczna przekształca energię elektryczną w drgania, ponieważ kryształy piezoelektryczne zmieniają swój rozmiar i kształt pod wpływem napięcia. Gdy częstotliwość oscylatora elektronicznego jest równa częstotliwości drgań własnych kwarcu piezoelektrycznego, dochodzi do rezonansu. W warunkach rezonansu kwarc wytwarza podłużne fale ultradźwiękowe o dużej amplitudzie.
Generowane fale ultradźwiękowe są następnie sprzęgane przez sondę ultradźwiękową (sonotrodę / tubę) z medium procesowym. Amplituda na sondzie ultradźwiękowej określa natężenie fal ultradźwiękowych, które są przenoszone do cieczy lub zawiesiny. Fale ultradźwiękowe generują naprzemienne cykle wysokiego i niskiego ciśnienia w ciekłych mediach. Podczas cyklu niskociśnieniowego fale ultradźwiękowe o dużym natężeniu wytwarzają w cieczy małe pęcherzyki próżniowe. Podczas cyklu wysokociśnieniowego małe pęcherzyki próżniowe zapadają się destrukcyjnie. Zjawisko to jest nazywane kawitacją. Implozja pęcherzyków kawitacyjnych może również generować strumienie cieczy o dużej prędkości (do 280 m/s), co powoduje powstanie silnych sił ścinających. Siły ścinające rozbijają cząsteczki, powodują zderzenia międzycząsteczkowe oraz mechanicznie rozbijają kropelki i komórki, sprzyjając jednocześnie wysoce wydajnemu przenoszeniu masy. Te siły kawitacyjne powodują powstawanie jednorodnych i homogenicznych dyspersji, emulsji i zawiesin, a także sprzyjają reakcjom chemicznym (tzw. sonochemii).

Kawitacja akustyczna lub ultradźwiękowa: wzrost i implozja pęcherzyków

Kawitacja akustyczna (generowana przez ultradźwięki o dużej mocy) tworzy lokalnie ekstremalne warunki, tzw. efekty sonomechaniczne i sonochemiczne. Dzięki tym efektom sonikacja redukuje cząstki stałe i ciekłe oraz łączy je w jednorodną formułę.

Ultrasonic cavitation at Hielscher's UIP1000hdT (1kW) ultrasonicator

Kawitacja ultradźwiękowa w sondzie kaskadowej ultradźwiękowiec UIP1000hdT (1000W, 20kHz) w szklanym reaktorze. Aby poprawić widoczność kawitacji, od spodu stosuje się czerwone światło.

Zapytanie o informacje




Zwróć uwagę na nasze Polityka prywatności.


homogenizatorów ultradźwiękowych – Zalety

Homogenizatory ultradźwiękowe są najlepsze do wytwarzania zawiesin i roztworów typu ciało stałe-ciecz (tzw. zawiesin) oraz ciecz-ciecz. Ponieważ ultradźwiękowe urządzenia wykorzystują zasadę działania kawitacji ultradźwiękowej, materiał powinien być mokry lub znajdować się w fazie mokrej, ponieważ kawitacja występuje tylko w cieczy. Oznacza to, że urządzenie ultradźwiękowe nie będzie zbyt skuteczne w mieszaniu suchego proszku, ale gdy tylko proszek zostanie zwilżony, sonikacja jest najbardziej efektywną metodą mieszania. Homogenizatory ultradźwiękowe są dobrze znane z niezawodnego mieszania, łączenia i dyspergowania nawet past i materiałów o wysokiej lepkości. Niezwykle intensywne siły wywołane implozją pęcherzyków kawitacyjnych tworzą nie tylko bardzo silne siły ścinające, ale także lokalnie wysokie temperatury i ciśnienia oraz odpowiednie różnice ciśnień. Takie połączenie sił fizycznych powoduje rozdrobnienie cząstek do znacznie mniejszych rozmiarów niż w przypadku konwencjonalnego homogenizatora. Dlatego homogenizatory ultradźwiękowe są preferowanym urządzeniem do niezawodnej produkcji emulsji i dyspersji o rozmiarach nano.

Zalety homogenizacji ultradźwiękowej

  • doskonała wydajność
  • zdolność do dostarczania wysoce skoncentrowanej energii
  • doskonałe wyniki w skali mikro i nano
  • dla emulsji i dyspersji o rozmiarach mikronowych i nanocząsteczkowych
  • dowolna objętość od mL do ton/godz.
  • Batch i Inline
  • dla pojedynczego przejścia i recyrkulacji
  • dokładne sterowanie procesem
  • Prosta obsługa
  • łatwe czyszczenie
  • Niskie koszty utrzymania

Zastosowania homogenizatorów ultradźwiękowych

Homogenizatory ultradźwiękowe są powszechnie stosowane w laboratoriach i zakładach przemysłowych do homogenizacji zawiesin typu ciało stałe-ciecz i ciecz-ciecz, zmniejszania wielkości cząstek, rozbijania i ekstrakcji materiału biologicznego, intensyfikacji reakcji chemicznych i rozpuszczania związków rozpuszczalnych.

ultradźwiękowy Emulsyfikacja

Emulgowanie to proces mieszania dwóch lub więcej niemieszających się cieczy w celu uzyskania stabilnej lub półstabilnej mieszaniny. Zazwyczaj te dwie ciecze składają się z fazy olejowej i fazy wodnej (wody). Aby ustabilizować mieszaninę różnych faz ciekłych, dodaje się emulgator (surfaktant / ko-surfaktant). Wielkość kropli emulsji odgrywa kluczową rolę, jeśli chodzi o funkcjonalność i stabilność emulsji. Ponieważ ultradźwięki wytwarzają siły sonomechaniczne, które rozbijają kropelki i redukują je do postaci drobnych kropel, sonikacja jest bardzo popularną metodą wytwarzania mikro- i nanoemulsji. Homogenizatory ultradźwiękowe są niezawodnym narzędziem do wytwarzania emulsji O/W i W/O, emulsji odwrotnych, emulsji podwójnych (O/W/O, W/O/W), minemulsji oraz emulsji Pickeringa. Dzięki tej elastyczności i niezawodnej zdolności emulgowania, homogenizatory ultradźwiękowe (czasami nazywane emulgatorami ultradźwiękowymi, gdy służą do emulgowania) są stosowane np. w przemyśle chemicznym, spożywczym, farmaceutycznym i paliwowym do wytwarzania długotrwałych stabilnych emulsji.
Kliknij na poniższe linki, aby dowiedzieć się więcej na temat Nano-emulsje, i Pickering Emulsji!

ultradźwiękowy Dispersion

Homogenizatory ultradźwiękowe są bardzo skuteczne w przypadku konieczności niezawodnego zmniejszenia rozmiarów aglomeratów cząstek, agregatów, a nawet cząstek pierwotnych. Zaletą homogenizatorów ultradźwiękowych jest ich zdolność do rozdrabniania cząstek do mniejszych i bardziej jednolitych rozmiarów, niezależnie od tego, czy w wyniku procesu mają powstać cząstki mikro- czy nanocząstki. Kawitacyjne siły ścinające i strumienie cieczy przyspieszają cząstki tak, że zderzają się one ze sobą. Jest to tzw. zderzenie międzycząsteczkowe. Same cząstki działają jak medium mielące, co pozwala uniknąć zanieczyszczenia perełkami mielącymi i następującego po tym procesu separacji, który jest konieczny w przypadku stosowania konwencjonalnych młynów perełkowych. Ponieważ cząstki ścierają się ze sobą w wyniku zderzenia międzycząsteczkowego przy bardzo dużych prędkościach, dochodzących do 280 m/s, na cząstki działają niezwykle duże siły, które powodują ich rozpad na drobne frakcje. Tarcie i erozja nadają tym fragmentom cząstek wypolerowaną powierzchnię i jednolity kształt. Połączenie sił ścinających i zderzeń międzycząsteczkowych daje homogenizacji i dyspersji ultradźwiękowej przewagę, dzięki której uzyskuje się wysoce jednorodne zawiesiny koloidalne i dyspersje!
Poniższa sekwencja obrazów przedstawia działanie sił kawitacyjnych ultradźwięków na płatki grafitu.

Ultradźwiękowe złuszczanie grafenu w wodzie

Szybka sekwencja (od a do f) klatek ilustrująca sono-mechaniczne złuszczanie płatków grafitu w wodzie przy użyciu UP200S, ultradźwiękowiec o mocy 200W z sonotrodą 3-mm. Strzałki pokazują miejsce rozszczepienia (eksfoliacji) z pęcherzykami kawitacyjnymi wnikającymi do wnętrza rozszczepienia.
© Tyurnina et al. 2020 (CC BY-NC-ND 4.0)

Dyspersja i homogenizacja nanomateriałów

Zarówno w przypadku emulsji, jak i dyspersji, przygotowanie mieszanin o rozmiarach nano jest trudnym zadaniem. Większość konwencjonalnych technik homogenizacji i mieszania, takich jak mieszalniki łopatkowe, młyny perełkowe, homogenizatory wysokociśnieniowe i inne mieszalniki, jest w stanie wytworzyć cząstki o rozmiarach mikronowych, ale nie są one w stanie w niezawodny sposób rozbić kropel i ciał stałych do rozmiarów nano. Dzieje się tak głównie z powodu niewystarczającej intensywności. Na przykład mieszadła łopatkowe nie zapewniają wystarczającego ścinania do rozdrobnienia cząstek do rozmiaru nano. Młyny perełkowe, inny rodzaj homogenizatora, nie są w stanie rozdrobnić cząstek stałych w sposób jednolity do rozmiaru mniejszego niż rozmiar samych perełek (mielnika). Konwencjonalne kulki mielące mają średnią wielkość pomiędzy 1500 mm – 35 000 mm. Innym problemem jest zanieczyszczenie medium mielącego w wyniku jego zużycia. Ponieważ ultradźwięki zapewniają wyjątkowo duże, a jednocześnie precyzyjnie kontrolowane siły ścinające, kawitacja ultradźwiękowa jest preferowaną techniką niezawodnego wytwarzania nano-dyspersji i nano-emulsji w warunkach laboratoryjnych (R&D), instalacji pilotażowych i przemysłowych.

Aby uzyskać informacje na temat dodatkowych zastosowań homogenizatorów ultradźwiękowych, kliknij poniższe łącza!

Homogenizator ultradźwiękowy UP200St dołączony do reaktora wsadowego z ciągłym mieszaniem

Reaktor porcjowy z mieszaniem ultradźwiękowym - UP200St

Zapytanie o informacje




Zwróć uwagę na nasze Polityka prywatności.


Dyspersja krzemionki za pomocą homogenizatora ultradźwiękowego pozwala uzyskać wąski i jednorodny rozkład cząstek.

Dyspersje ultradźwiękowe charakteryzują się jednorodnym rozkładem wielkości cząstek z jednorodnie zredukowanymi cząstkami. Krzywe przedstawiają rozkład cząstek krzemionki przed ultradźwiękami (krzywa zielona) i po dyspersji ultradźwiękowej (krzywa czerwona).

Zwiększanie skali ultradźwiękowych procesów homogenizacji

W przypadku skalowania z laboratoryjnego homogenizatora ultradźwiękowego do ultradźwiękowego urządzenia pilotażowego, a także z systemu pilotażowego do produkcyjnego homogenizatora ultradźwiękowego o pełnej skali, skalowanie można przeprowadzić całkowicie liniowo! Wszystkie ważne parametry procesu, takie jak amplituda, ciśnienie, temperatura i czas przetwarzania, są utrzymywane na stałym poziomie, a jedynie powierzchnia sondy ultradźwiękowej i ultradźwiękowiec jako energiczne mieszadło sondy są skalowane do większych, bardziej wydajnych jednostek. Liniowa skalowalność procesów homogenizacji ultradźwiękowej pozwala uzyskać w produkcji wielkoseryjnej takie same wysokiej jakości wyniki, jak w warunkach laboratoryjnych i pilotażowych.

Znajdź najodpowiedniejszy homogenizator ultradźwiękowy do Twojego procesu!

Firma Hielscher Ultrasonics jest wieloletnim, doświadczonym partnerem w dziedzinie homogenizatorów ultradźwiękowych. Wszystkie ultradźwiękowe homogenizatory Hielscher są projektowane, produkowane i testowane w naszej siedzibie w Niemczech, zanim zostaną wysłane do naszych klientów na całym świecie. Homogenizatory ultradźwiękowe Hielscher to urządzenia wysokiej jakości, charakteryzujące się niezmiennie wysoką wydajnością, niezawodnością, wytrzymałością i łatwością obsługi. Zaawansowanie techniczne technologii homogenizacji ultradźwiękowej daje użytkownikom urządzeń firmy Hielscher przewagę nad konkurencją, dzięki czemu stają się oni liderami rynku w swojej branży. Dzięki szerokiej gamie produktów, począwszy od homogenizatorów laboratoryjnych i stołowych, poprzez systemy pilotażowe, aż po w pełni przemysłowe homogenizatory ultradźwiękowe do produkcji komercyjnej, firma Hielscher ma w swojej ofercie idealny system mieszania ultradźwiękowego dla Twoich potrzeb. Akcesoria do rozdzielaczy pozwalają na idealne ustawienie homogenizatora ultradźwiękowego – dopasowanie do indywidualnych potrzeb.
Przekaż nam swoje wymagania i specyfikacje dotyczące procesu – z przyjemnością polecimy Ci najbardziej odpowiedni i wydajny homogenizator ultradźwiękowy do Twojego zastosowania!

Wysoka wydajność dzięki homogenizatorom ultradźwiękowym

Dzięki nadzwyczajnej wydajności procesu, rozsądnym kosztom inwestycji, bardzo wysokiej efektywności energetycznej oraz niskim kosztom robocizny i konserwacji, homogenizatory ultradźwiękowe firmy Hielscher przewyższają konwencjonalne techniki homogenizacji i osiągają szybki zwrot z inwestycji (ROI - Return on Investment). Często amortyzacja homogenizatora ultradźwiękowego następuje w ciągu kilku miesięcy.

Ultradźwięki o dużej mocy do homogenizacji przemysłowej

Homogenizator ultradźwiękowy z reaktorem do przetwarzania w linii produkcyjnej.Amplituda jest najważniejszym parametrem procesu w homogenizacji sterowanej ultradźwiękami. Wszystkie ultradźwiękowe urządzenia firmy Hielscher umożliwiają precyzyjne sterowanie amplitudą. W zależności od celu procesu, można ustawić niższą amplitudę dla łagodniejszych warunków przetwarzania lub wybrać wysoką amplitudę dla bardziej destrukcyjnych wyników dyspersji. Ultrasonics Hielscher’ Przemysłowe procesory ultradźwiękowe mogą dostarczać bardzo duże amplitudy. Amplitudy do 200µm można z łatwością pracować w trybie ciągłym w trybie 24/7. Dla jeszcze większych amplitud dostępne są indywidualne sondy ultradźwiękowe.

Niskie wymagania konserwacyjne dla homogenizatorów ultradźwiękowych

Homogenizatory ultradźwiękowe są nie tylko łatwe do czyszczenia, ponieważ sonotroda i reaktor to jedyne elementy, które są mokre i mają kontakt z przetwarzanym materiałem. Sonotroda (znana również jako tuba lub sonda ultradźwiękowa) i reaktor są wykonane odpowiednio z tytanu i stali nierdzewnej i mają czystą geometrię bez otworów i martwych narożników.
Jedyną częścią, która ulega zużyciu, jest sonda ultradźwiękowa, którą można wymienić bez znacznego zakłócania pracy urządzenia. Sonotrodę w ultradźwiękowcu laboratoryjnym wymienia się w ciągu ok. 10 min, podczas gdy wymiana sonotrody w przemysłowym homogenizatorze ultradźwiękowym może trwać ok. 30-45 min.

Skontaktuj się z nami już teraz! Nasz doświadczony zespół chętnie podzieli się z Państwem informacjami technicznymi, zaleceniami dotyczącymi procesów i/lub przedstawi ofertę!

Poniższa tabela daje wskazanie przybliżonej mocy przerobowych naszych ultrasonicators:

Wielkość partii natężenie przepływu Polecane urządzenia
1 do 500mL 10-200mL/min UP100H
10 do 2000mL 20-400mL/min UP200Ht, UP400St
0.1 do 20L 0.2 do 4L/min UIP2000hdT
10-100L 2 do 10L/min UIP4000hdT
0.3 do 60L 0.6 do 12L/min UIP6000hdT
b.d. 10-100L/min UIP16000
b.d. większe klaster UIP16000

Skontaktuj się z nami! / Zapytaj nas!

Poproś o więcej informacji

Prosimy o skorzystanie z poniższego formularza w celu uzyskania dodatkowych informacji na temat procesorów ultradźwiękowych, zastosowań i ceny. Chętnie omówimy z Państwem proces i zaproponujemy Państwu system ultradźwiękowy spełniający Państwa wymagania!









Proszę zwrócić uwagę na nasze Polityka prywatności.


Ultradźwiękowe homogenizatory o wysokim ścinaniu są stosowane w laboratoriach, na stanowiskach badawczych, w procesach pilotażowych i przemysłowych.

Hielscher Ultrasonics produkuje wysokowydajne homogenizatory ultradźwiękowe do zastosowań mieszania, dyspergowania, emulgowania i ekstrakcji na skalę laboratoryjną, pilotażową i przemysłową.



Literatura / materiały źródłowe


Ultradźwięki o wysokiej wydajności! Paleta produktów firmy Hielscher obejmuje pełne spektrum od kompaktowych ultradźwięków laboratoryjnych, poprzez urządzenia stołowe, aż po przemysłowe systemy ultradźwiękowe.

Firma Hielscher Ultrasonics produkuje wysokowydajne homogenizatory ultradźwiękowe od laboratorium do wielkość przemysłowa.