Fakty Warto wiedzieć

Podstawy homogenizacji ultradźwiękowej

Homogenizatory ultradźwiękowe stosowane są do dyspersji, emulsyfikacji, mielenia na mokro, nano- i nano- & mikronizacja, ekstrakcja (z roślin i tkanek komórkowych), synteza i kataliza chemikaliów (tzw. sonochemia) oraz odgazowanie. Homogenizacja ultradźwiękowa jest często używana jako termin "parasolowy", który obejmuje wszystkie wyżej wymienione zastosowania. Homogenizacja wspomagana ultradźwiękami opiera się na zasadzie działania kawitacji akustycznej, która występuje, gdy intensywne fale ultradźwiękowe są sprzężone w płynne medium. Pod intensywnymi falami ultradźwiękowymi, w medium powstają drobne bąbelki próżniowe, które rosną w cyklach wysokiego ciśnienia / niskiego ciśnienia fal ultradźwiękowych. W pewnym momencie, gdy mikro-pęcherzyki osiągną status energetyczny, w którym nie mogą wchłonąć więcej energii, gwałtownie się zapadają. To zjawisko implozji bańki próżniowej nazywane jest kawitacją. Implozja pęcherzyków próżniowych generuje fale uderzeniowe, strumień / dysze cieczy, wysokie ścinanie, wysoką temperaturę i różnice ciśnień z wystarczającą ilością energii, aby przerwać kowalencyjne wiązania, elastyczne cząsteczki i wywołać reakcje chemiczne.

Aby uzyskać najlepsze wyniki w procesie homogenizacji, procesor ultradźwiękowy i jego ustawienie można zoptymalizować poprzez zmianę następujących zmiennych:

• Amplituda (przemieszczenie sonotrody) i intensywność
• nacisk
• Temperatura
• Zbiornik sonizacyjny (komora przepływowa lub zbiornik ciśnieniowy: wielkość, geometria, natężenie przepływu)

Wysokowydajne procesory ultradźwiękowe firmy Hielscher wykorzystują generatory piezoelektryczne wykonane z kryształów tytanianu ołowiu. Drgania są przekazywane w dół tytanowego horn dostrojony rezonans na 19-26 kHz. Z klaksonu wibracje ultradźwiękowe są sprzężone za pomocą sonotrody ultradźwiękowej (końcówka, sonda) z medium płynnym. Firma Hielscher oferuje procesory ultradźwiękowe o mocach znamionowych od 50 do 16.000 W na jednostkę ultradźwiękową i tym samym spełnia wymagania stawiane przez małe ultradźwięki laboratoryjne i urządzenia stacjonarne, a także instalacje pilotażowe i w pełni komercyjne urządzenia ultradźwiękowe o dużej przepustowości.

Zaawansowane sterowanie procesem w celu uzyskania optymalnych wyników dźwiękowych

Warunki dźwiękowe mają kluczowe znaczenie dla wydajności, wyników procesu i odtwarzalności procesów ultradźwiękowych. Oprócz precyzyjnej kontroli mocy wyjściowej ultradźwięków, regulowanej amplitudą i intensywnością, temperatura, ciśnienie i czas sonikowania są ważnymi czynnikami. Cyfrowe procesory ultradźwiękowe firmy Hielscher są wyposażone w podłączaną termo-parę. Opcjonalnie dostępny jest podłączany czujnik ciśnienia. Oba czujniki są połączone z generatorem ultradźwięków, który jest wyposażony w wewnętrzną kartę SD. Oprogramowanie urządzenia ultradźwiękowego zapisuje wszystkie dane procesowe (datę, czas, amplitudę, energię ultradźwiękową, energię netto, temperaturę, ciśnienie) w pliku CSV na karcie SD. To sprawia, że dźwięk jest porównywalny i powtarzalny.

Przy dużych amplitudzie wymagana jest większa moc wyjściowa. Przy zwiększonym obciążeniu, takim jak wysoka lepkość medium lub podwyższone ciśnienie, potrzebna jest zwiększona moc ultradźwiękowa do napędzania sonotrody na żądanej amplitudzie. Im większa jest przednia powierzchnia sonotrody (końcówki), tym większa moc jest wymagana, aby umożliwić jej rezonans. W przypadku większego sonotrode'u można przetwarzać większe ilości. Sonotrody przemysłowe i sonotrody przemysłowe Hielschera. kaskaderki może dostarczyć bardzo duże amplitudy. Amplitudy do 200 µm mogą być z łatwością wykorzystywane w trybie ciągłym w trybie 24/7. Dla jeszcze większych amplitud, dostępne są sonotrody ultradźwiękowe dostosowane do potrzeb klienta. Wytrzymałość ultradźwięków Hielschera pozwala na pracę w trybie 24/7 przy dużym obciążeniu i w trudnych warunkach.

Dla większości procesów ultradźwiękowych, temperatura medium dźwiękowego powinna być jak najniższa dla niskich temperatur sprzyja powstawaniu intensywnej kawitacji. Firma Hielscher oferuje ultradźwiękowe ogniwa przepływowe i reaktory z płaszczami chłodzącymi, które wspomagają utrzymanie optymalnych temperatur procesowych. Komórki przepływowe i reaktory również mogą być pod ciśnieniem. Przy podwyższonym ciśnieniu występuje bardziej intensywna kawitacja. W związku z tym firma Hielscher oferuje reaktory, które mogą być łatwo pod ciśnieniem do 300atm.

Hielscher Ultrasonics produkuje sondy ultradźwiękowe o różnych rozmiarach i kształtach (np. kaskaderki), co pozwala na skalowanie wszystkich wyników procesów ultradźwiękowych w sposób całkowicie liniowy. Dzięki homogenizatorom ultradźwiękowym o mocy 16 kW i różnorodnym typom sonotrod i reaktorów przepływowych firma Hielscher jest długoletnim, doświadczonym partnerem w procesach ultradźwiękowych na skalę przemysłową. Poza różnorodnością standardowych ultrasoników, firma Hielscher projektuje i produkuje również systemy dostosowane do potrzeb klienta.