Mistura de alto cisalhamento com ultrassom
Os misturadores de alto cisalhamento aplicam altas forças de cisalhamento em líquidos e polpas abrasivas para fornecer dispersão, mistura e emulsificação uniformes de duas ou mais fases líquido-sólido ou líquido-líquido. A ultrassonografia gera altas forças de cisalhamento por cavitação acústica, que ocorre quando o ultrassom de alta potência é acoplado a líquidos. Os misturadores ultrassônicos de alto cisalhamento são uma tecnologia de mistura superior, que supera facilmente os misturadores de lâmina de alto cisalhamento comumente usados, misturadores multieixo, homogeneizadores de alta pressão, moinhos coloidais e agitadores de lâmina.
Os benefícios dos misturadores ultrassônicos de alto cisalhamento
Os misturadores ultrassônicos de alto cisalhamento estão disponíveis em homogeneizadores de laboratório de 50 W até sistemas de mistura industrial de 16.000 W. O amplo portfólio de misturadores ultrassônicos de alto cisalhamento de laboratório, bancada e industriais torna possível escolher o misturador ultrassônico de alto cisalhamento ideal para sua aplicação e volume de produção.
Altas amplitudes na sonda ultrassônica criam cavitação intensa com fluxos de líquido de altas velocidades e turbulências complexas. O intenso cisalhamento hidráulico e mecânico gerado por ultrassom reduz partículas e gotículas a mícrons e nano-tamanho. Como os parâmetros do processo de sonicação são precisamente controláveis e ajustáveis, o impacto da mistura, moagem ou dispersão pode ser adaptado com precisão ao objetivo do material e do processo. Os misturadores ultrassônicos de alto cisalhamento reduzem o tempo de mistura / moagem e produzem dispersões finas e ultrafinas confiáveis.
O misturador ultrassônico pode ser usado para processos de fluxo em lote e em linha. A variedade de células de fluxo ultrassônico e reatores permite a mistura de fluxos em taxas de fluxo e viscosidades muito diferentes. O misturador ultrassônico de alto cisalhamento pode lidar com concentrações sólidas muito altas e até mesmo partículas muito abrasivas não são problema.
Como funciona a mistura de alto cisalhamento por sonicação?
Os misturadores ultrassônicos de alto cisalhamento usam o mesmo princípio mecânico que os sistemas de mistura industriais, como misturadores de lâmina de alto cisalhamento, misturadores multieixos, moinhos coloidais, homogeneizadores de alta pressão e sistemas de agitadores de lâmina. Os sistemas de mistura ultrassônica são usados para dispersar e moer partículas, emulsionar as fases oleosa e aquosa, solubilizar matéria sólida e produzir misturas homogêneas de qualquer tipo de materiais em líquidos e pastas. Os misturadores de cisalhamento ultrassônicos integram uma sonda ultrassônica em um recipiente de mistura, como em um tanque de batelada ou em uma célula de fluxo. A sonda desintegradora ultrassônica vibra no líquido em uma frequência muito alta e cria intensa cavitação ultrassônica no líquido. O colapso das bolhas de cavitação resulta em poderosas forças de cisalhamento, que interrompem e quebram gotículas, aglomerados, agregados e até partículas primárias. Como a cavitação ultrassônica gera fluxo cavitacional de alta velocidade com até 1000 km/h, os jatos de líquido cavitacional aceleram as partículas. Quando as partículas aceleradas colidem umas com as outras, elas atuam como meios de moagem. Posteriormente, as partículas em colisão se estilhaçam e são reduzidas a mícrons ou nano. No campo de cavitação ultrassônica, as pressões alternam rápida e repetidamente entre vácuo e até 1000bar. Um misturador rotativo com 4 lâminas do misturador precisaria operar a impressionantes 300.000 RPM para atingir a mesma frequência de ciclos de pressão alternados. Os misturadores rotativos convencionais e os misturadores rotor-estator não criam uma quantidade significativa de cavitação devido à sua limitação de velocidade.
misturador ultrassônico de alto cisalhamento UIP2000hdT, uma potente unidade de mistura de 2 kW
Dica de processamento: Mistura ultrassônica sob pressão
A aplicação de pressão ao reator ultrassônico ou à célula de fluxo intensifica a cavitação acústica. A Hielscher Ultrasonics fornece vários tipos de células de fluxo e reatores, que podem ser facilmente pressurizados até 5 barg. Os reatores ultrassônicos personalizados podem lidar com pressões mais altas de até 300barg.
Misturadores ultrassônicos de alto cisalhamento e suas aplicações
Os misturadores ultrassônicos de alto cisalhamento criam forças de cisalhamento intensas, que têm o impacto necessário em partículas como sólidos, gotículas, cristais e fibras, a fim de interrompê-las e quebrá-las em um tamanho desejado, que pode estar na faixa de mícrons ou nano. Dependendo da dureza e fragilidade dos materiais, os parâmetros do processo ultrassônico podem ser ajustados exatamente para alcançar o resultado de mistura desejado. Quando comparados a métodos alternativos de mistura, como agitadores de lâmina de alto cisalhamento, homogeneizadores de alta pressão, moinhos coloidais / de esferas, misturadores de eixo, etc., os desintegradores ultrassônicos oferecem algumas vantagens importantes.
Vantagens dos misturadores ultrassônicos de alto cisalhamento
- Cavitação e cisalhamento de alta intensidade
- Processamento uniforme de partículas
- Altas concentrações de sólidos
- Sem bicos / sem entupimento
- Não é necessário meio de fresagem (ou seja, contas)
- escalabilidade linear
- Fácil & Operação segura
- Fácil de limpar
- Hora- & com eficiência energética
Misturadores ultrassônicos de alto cisalhamento para redução do tamanho das partículas
Os desintegradores ultrassônicos são usados para redução do tamanho das partículas e distribuição de partículas, seja isso significa cominuição real de partículas primárias (conhecida como moagem) ou quebra de aglomerados (conhecida como desaglomeração / dispersão).
Leia mais sobre fresagem ultrassônica e dispersão de partículas!
Misturadores ultrassônicos de alto cisalhamento para emulsificação
Quando dois líquidos imiscíveis (por exemplo, água e óleo) são sonificados usando um misturador ultrassônico do tipo sonda, a cavitação ultrassônica interrompe as gotículas – produzindo gotículas muito pequenas das duas fases imiscíveis, que são então misturadas. Como os misturadores ultrassônicos de alto cisalhamento produzem facilmente gotículas nanométricas, as emulsões ultrassônicas estabilizadas exibem uma estabilidade a longo prazo e uma aparência transparente clara.
Uma vez que qualquer tipo de emulsão tem seu limiar específico de emulsificação / cisalhamento, onde o tamanho e as características ideais das gotículas são obtidos, o ajuste preciso dos parâmetros de mistura é crucial. Enquanto o cisalhamento muito baixo resulta em gotículas muito grandes, que coalescem rapidamente e resultam na separação de fases, o cisalhamento muito alto pode destruir o produto. Os misturadores ultrassônicos de alto cisalhamento podem ser controlados e ajustados com precisão às necessidades do processo.
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misturador ultrassônico de alto cisalhamento UP200Ht para emulsificação
Misturadores ultrassônicos de alto cisalhamento para mistura e dissolução
Os misturadores ultrassônicos de alto cisalhamento são usados para misturar, moer, dispersar e dissolver partículas como pós, pigmentos e fibras em um processo rápido, confiável e fácil. A cavitação gerada por ultrassom aumenta a transferência de massa entre sólidos e líquidos. A cavitação ultrassônica tem um forte impacto nas partículas sólidas: os fluxos de líquido cavitacional corroem a superfície dos sólidos e transportam os fragmentos erodidos para o líquido, produzindo assim uma suspensão homogênea.
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Aplicações de misturadores ultrassônicos de alto cisalhamento
- moagem & Esmerilhação
- desaglomeração & dispersão
- Emulsificação
- Dissolução de pós
- Melhorando a transferência de massa
- reações sonoquímicas
O Estação SonoStation – um sistema ultrassônico com 2 ultrassonizadores de 2 kW, tanque agitado e bomba – é um sistema fácil de usar para aplicações de mistura, moagem e dispersão.
Misturadores de alto cisalhamento em qualquer tamanho
A Hielscher Ultrasonics projeta, fabrica e distribui misturadores de alto cisalhamento de alto desempenho, desde o dispositivo de laboratório compacto, mas poderoso, até misturadores piloto e industriais de alto cisalhamento para o processamento de fluxos de grande volume no nível de produção comercial.
Misturadores de alto cisalhamento para o laboratório
Os misturadores ultrassônicos do tipo sonda são ferramentas estabelecidas em todos os laboratórios. Como os processos ultrassônicos podem ser dimensionados linearmente para grandes volumes, os misturadores ultrassônicos de alto cisalhamento da Hielscher são ideais para desenvolver e otimizar seu processo em pequena escala. Então, depois de estabelecer os parâmetros ideais do processo, sua aplicação de mistura pode ser aumentada linearmente para produção piloto e em massa.
A Hielscher oferece misturadores ultrassônicos de alto cisalhamento para trabalho em escala de laboratório com uma faixa de potência de 50 a 400 watts de potência de mistura de ultrassom.
Misturadores de alto cisalhamento para a indústria
Os misturadores industriais de alto cisalhamento Hielscher são processadores ultrassônicos de alta potência projetados para moer, dispersar, emulsionar e misturar grandes fluxos de polpa sob serviço pesado. Esses misturadores industriais lidam facilmente com altas concentrações de sólidos e partículas abrasivas. As sondas (sonotrodos) dos misturadores ultrassônicos industriais de alto cisalhamento são equipadas com um flange para que o misturador possa ser integrado a tanques de aço, recipientes de vidro ou recipientes de plástico em qualquer orientação. Isso permite pressurizar o vaso de sonicação. A aplicação de pressão no vaso ultrassônico ou na célula de fluxo intensifica a cavitação acústica e, portanto, o processo de mistura ultrassônica. A Hielscher Ultrasonics oferece misturadores industriais de alto cisalhamento de 500 a 16.000 watts. Com o UIP16000, a Hielscher oferece o misturador ultrassônico de alto cisalhamento mais potente do mundo.
Materiais de alta viscosidade? – Não há problema! Todos os processadores ultrassônicos Hielscher nas categorias de bancada e industriais podem processar facilmente polpas viscosas de até 250.000 centipoise. Para viscosidades superiores a 2.000 cPs, recomendamos o uso de células de fluxo contínuo em combinação com bombas de cavidade progressiva para melhor acoplamento das ondas de ultrassom no fluido.
Como encontrar o misturador ultrassônico de alto cisalhamento certo?
A Hielscher Ultrasonics é um fabricante experiente de longa data de sistemas de mistura ultrassônicos de alto cisalhamento poderosos e confiáveis, que são usados para dispersar e quebrar partículas, preparar nanoemulsões ou dissolver pós em líquidos. Sendo líder de mercado em misturadores ultrassônicos, a Hielscher projeta, fabrica e distribui misturadores e homogeneizadores ultrassônicos de alto cisalhamento desde laboratório e bancada até escala piloto e totalmente industrial.
Responder às seguintes perguntas ajudará a encontrar o misturador de alto cisalhamento mais adequado para o seu processo:
- Qual é a sua aplicação alvo?
- Qual é o volume típico que deve ser processado?
- Quais são os fatores críticos do processo?
- Quais são os padrões de qualidade que devem ser alcançados?
Nossa equipe bem treinada e experiente irá ajudá-lo com qualquer dúvida e a concepção do seu processo de mixagem. A Hielscher Ultrasonics oferece uma consultoria aprofundada sobre processamento ultrassônico para ajudar nossos clientes a encontrar o misturador ultrassônico de alto cisalhamento mais ideal. Mas o serviço da Hielscher não termina aqui, treinamos os clientes em suas instalações ou em nosso laboratório de processo ultrassônico e centro técnico para ajudá-los durante o desenvolvimento, otimização e aumento de escala do processo.
Hielscher Ultrasonics’ Os processadores ultrassônicos industriais fornecem facilmente amplitudes muito altas, que são necessárias para quebrar partículas duras e aglomerados ou para processar pastas com alta concentração de sólidos. Os misturadores industriais Hielscher funcionam facilmente em amplitudes de até 200μm continuamente em operação 24 horas por dia, 7 dias por semana. Se processos específicos exigirem amplitudes ainda maiores, sondas ultrassônicas personalizadas estão disponíveis. Acessórios como buzinas de reforço, células de fluxo, reatores de sonicação e configurações completas de recirculação estão prontamente disponíveis e permitem configurar seu sistema de mistura ultrassônica adaptado de forma ideal aos requisitos do seu processo. Todos os sonotrodos e reatores, que são as únicas partes que entram em contato com o meio, são CIP/SIP (limpeza e esterilização no local).
Misturadores ultrassônicos sofisticados de alto cisalhamento
A Hielscher Ultrasonics se concentra em desintegradores de células de alto desempenho com a mais alta facilidade de uso e avanços técnicos de última geração. Isso significa que os padrões dos desintegradores de laboratório Hielscher se adaptam cada vez mais à inteligência das máquinas industriais. O usuário pode controlar os ultrassônicos digitais da Hielscher via controle remoto do navegador. O software de gravação automática de dados grava todos os parâmetros ultrassônicos importantes, como potência líquida, potência total, amplitude, temperatura, pressão, hora e data como arquivo CSV em um cartão SD integrado. Além disso, o desintegrador ultrassônico pode ser programado para desligamento automático após um determinado tempo ou uma entrada de energia específica ou programar modos de sonicação pulsante. Sensores de temperatura e pressão conectáveis permitem rastrear cuidadosamente as condições da amostra. Como o controle de temperatura de materiais sensíveis ao calor é um fator crucial para a qualidade dos resultados do processo, a Hielscher oferece várias soluções para manter a temperatura do processo na faixa de temperatura desejada.
As funções sofisticadas dos ultrasonicadores Hielscher garantem o mais alto controle de processo, resultados de sonicação confiáveis e reprodutíveis, facilidade de uso e conforto de trabalho.
qualidade – Fabricado na Alemanha
Como uma empresa familiar e familiar, a Hielscher prioriza os mais altos padrões de qualidade para seus processadores ultrassônicos. Todos os ultrassônicos são projetados, fabricados e exaustivamente testados em nossa sede em Teltow, perto de Berlim, Alemanha. A robustez e a confiabilidade do equipamento ultrassônico da Hielscher o tornam um cavalo de batalha em sua produção. A operação 24 horas por dia, 7 dias por semana, sob carga total e em ambientes exigentes é uma característica natural dos misturadores de alto desempenho da Hielscher.
Você pode comprar misturadores ultrassônicos de alto cisalhamento Hielscher em qualquer tamanho diferente e configurados para o seu processo. Desde o tratamento de fluidos em um pequeno béquer de laboratório até a mistura contínua de pastas em nível industrial, a Hielscher Ultrasonics oferece um misturador de alto cisalhamento adequado para você! Entre em contato conosco – Temos o prazer de recomendar a você a configuração ideal do mixer ultrassônico!
A tabela abaixo fornece uma indicação da capacidade aproximada de processamento de nossos ultrassônicos:
| Volume do lote | Vazão | Dispositivos recomendados |
|---|---|---|
| 1 a 500mL | 10 a 200mL/min | UP100H |
| 10 a 2000mL | 20 a 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 a 20L | 0.2 a 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 a 100L | 2 a 10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 a 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | maior | cluster de UIP16000 |
Entre em contato conosco! / Pergunte-nos!
Homogeneizadores ultrassônicos de alta potência de labrador Para piloto e Industrial escala.
Fatos, vale a pena conhecer
Ultrassônicos e seu uso como misturadores de alto cisalhamento
Os ultrassônicos são dispositivos de ultrassom do tipo sonda, que são definidos pela transmissão das vibrações ultrassônicas por meio de uma sonda ultrassônica para o meio de processamento. A sonda, também conhecida como sonotrodo, é uma haste de titânio que vibra na frequência de ultrassom, por exemplo, 20kHz. Vibrar a 20 kHz significa que a superfície horizontal da sonda está se expandindo e contraindo 20.000 vezes por segundo. Esses movimentos rápidos na faixa de frequência ultrassônica na ponta da sonda são acoplados ao fluido. No fluido, as ondas de ultrassom viajam pelo meio e geram ciclos alternados de alta pressão / baixa pressão. Durante o ciclo de baixa pressão, minúsculas bolhas de vácuo surgem e crescem ao longo de vários ciclos de pressão até atingirem um ponto em que não podem absorver mais energia. No ponto de crescimento máximo, a bolha de cavitação estoura violentamente. A implosão resulta em um campo denso em energia com temperaturas e pressões muito altas, respectivos diferenciais de temperatura e pressão, fluxos de líquido com velocidades de até 180m/s e turbulências. Essa energia cavitacional tem um forte impacto em líquidos e pastas, resultando em resultados extraordinários de mistura, mistura, moagem, dispersão e emulsificação. Os misturadores ultrassônicos de alto cisalhamento produzem facilmente partículas e gotículas de tamanho nanométrico com uma distribuição de tamanho de partícula/gota muito estreita.
Leia aqui quais são as diferenças entre o processamento de cavitação ultrassônica / acústica e o processamento de cavitação hidrodinâmica!
Indústrias comuns para misturadores ultrassônicos de alto cisalhamento
- Dispersão, dissolução, mistura de formulações sólidas/líquidas
- Emulsificação
- Ciência dos Materiais
- Preparação da amostra antes da análise
- Aplicações de nanopartículas
- Funcionalização de partículas
- Reações de transferência de fase
Literatura / Referências
- Pohl M.; Schubert H. (2004): Dispersion and deagglomeration of nanoparticles in aqueous solutions. International Congress for Particle Technology PARTEC 2004; Nuremberg, Germany.
- Thomas Leong, Muthupandian Ashokkumar, Sandra Kentish(2011): The Fundamentals of Power Ultrasound. – A Review. Acoustics Australia, 54 – Vol. 39 August 2011.
- Karl A. Kusters, Sotiris E. Pratsinis, Steven G. Thoma, Douglas M. Smith (1994): Energy-size reduction laws for ultrasonic fragmentation. Powder Technology, Volume 80, Issue 3, September 1994. 253-263.
- Pekarovicova, A.; Pekarovic, J. (2009): Emerging Pigment Dispersion Technologies. Pira International (2009).
- S.E. Karekar; B.A. Bhanvase; S.H. Sonawane; M.P. Deosarkar; D.V. Pinjari; A.B. Pandit(2014): Synthesis of zinc molybdate and zinc phosphomolybdate nanopigments by an ultrasound assisted route: Advantage over conventional method. Chemical Engineering and Processing 87; Nov. 2014.