Mistura de alto cisalhamento com ultra-sons
Os misturadores de alto cisalhamento aplicam forças de alto cisalhamento em líquidos e polpas para proporcionar a dispersão uniforme, a mistura e a emulsificação de duas ou mais fases líquido-sólido ou líquido-líquido. A ultra-sons gera forças de corte elevadas através da cavitação acústica, que ocorre quando os ultra-sons de alta potência são acoplados a líquidos. Os misturadores ultra-sónicos de alto cisalhamento são uma tecnologia de mistura superior, que supera facilmente os misturadores de lâminas de alto cisalhamento normalmente utilizados, os misturadores de múltiplos eixos, os homogeneizadores de alta pressão, os moinhos coloidais e os agitadores de lâminas.
As vantagens dos misturadores ultra-sónicos de alto cisalhamento
Os misturadores ultra-sónicos de alto cisalhamento estão disponíveis a partir de homogeneizadores de laboratório de 50 W até sistemas de mistura industriais de 16 000 W. A vasta gama de misturadores ultra-sónicos de alto cisalhamento de laboratório, de bancada e industriais permite escolher o misturador ultrassónico de alto cisalhamento ideal para a sua aplicação e volume de produção.
Altas amplitudes na sonda ultra-sónica criam uma cavitação intensa com fluxos de líquido de altas velocidades e turbulências complexas. O cisalhamento hidráulico e mecânico intenso gerado por ultra-sons reduz as partículas e as gotículas para micron- e nano-tamanho. Uma vez que os parâmetros do processo de sonicação são controláveis e ajustáveis com precisão, o impacto da mistura, moagem ou dispersão pode ser adaptado com precisão ao objetivo do material e do processo. Os misturadores ultra-sónicos de alto cisalhamento reduzem o tempo de mistura / moagem e produzem dispersões finas e ultra-finas de forma fiável.
O misturador ultrassónico pode ser utilizado em processos descontínuos e de fluxo em linha. A variedade de células de fluxo e reactores ultra-sónicos permite misturar fluxos com taxas de fluxo e viscosidades muito diferentes. O misturador ultrassónico de alto cisalhamento pode lidar com concentrações muito elevadas de sólidos e mesmo partículas muito abrasivas não constituem problema.
Como funciona a mistura de alto cisalhamento por sonicação?
Os misturadores ultra-sónicos de alto cisalhamento utilizam o mesmo princípio mecânico que os sistemas de mistura industriais, tais como os misturadores de lâminas de alto cisalhamento, os misturadores de múltiplos eixos, os moinhos coloidais, os homogeneizadores de alta pressão e os sistemas de agitadores de lâminas. Os sistemas de mistura ultra-sónica são utilizados para dispersar e moer partículas, para emulsionar fases de óleo e água, para solubilizar matéria sólida e para produzir misturas homogéneas de qualquer tipo de materiais em líquidos e lamas. Os misturadores de cisalhamento ultra-sónicos integram uma sonda ultra-sónica num recipiente de mistura, tal como num tanque de lotes ou numa célula de fluxo. A sonda desintegradora ultra-sónica vibra no líquido a uma frequência muito elevada e cria uma cavitação ultra-sónica intensa no líquido. O colapso das bolhas de cavitação resulta em poderosas forças de cisalhamento, que rompem e quebram gotículas, aglomerados, agregados e até partículas primárias. Como a cavitação ultra-sónica gera fluxos cavitacionais de alta velocidade com até 1000km/h, os jactos de líquido cavitacional aceleram as partículas. Quando as partículas aceleradas colidem umas com as outras, actuam como meios de moagem. Subsequentemente, as partículas que colidem estilhaçam-se e são reduzidas a microns ou nano-tamanho. No campo da cavitação ultra-sónica, as pressões alternam rápida e repetidamente entre o vácuo e até 1000 bar. Um misturador rotativo com 4 pás misturadoras teria de funcionar a umas 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 ultrassónico de alto cisalhamento UIP2000hdT, uma potente unidade misturadora de 2kW
Sugestão de processamento: Mistura ultra-sónica sob pressão
A aplicação de pressão no reator ultrassónico ou na célula de fluxo intensifica a cavitação acústica. A Hielscher Ultrasonics fornece vários tipos de células de fluxo e reactores, que podem ser facilmente pressurizados até 5 barg. Reatores ultra-sônicos personalizados podem lidar com pressões mais altas de até 300 barg.
Misturadores ultra-sónicos de alto cisalhamento e suas aplicações
Os misturadores ultra-sónicos de alto cisalhamento criam forças de cisalhamento intensas, que têm o impacto necessário em partículas como sólidos, gotículas, cristais e fibras, a fim de as perturbar e decompor até um tamanho pretendido, que pode ser da ordem dos microns ou nano. Dependendo da dureza e fragilidade dos materiais, os parâmetros do processo ultrassónico podem ser ajustados com exatidão para obter o resultado de mistura pretendido. Quando comparados com métodos de mistura alternativos, tais como agitadores de lâminas de alto cisalhamento, homogeneizadores de alta pressão, moinhos de colóides/esferas, misturadores de eixo, etc., os desintegradores ultra-sónicos oferecem algumas vantagens importantes.
Vantagens dos misturadores ultra-sónicos de alto cisalhamento
- Cavitação e cisalhamento de alta intensidade
- Processamento uniforme de partículas
- Concentrações elevadas de sólidos
- Sem bicos / sem entupimento
- Não é necessário um meio de moagem (por exemplo, esferas)
- escalabilidade linear
- Fácil & funcionamento seguro
- fácil de limpar
- Tempo & energeticamente eficiente
Misturadores ultra-sónicos de alto cisalhamento para redução do tamanho das partículas
Os desintegradores ultra-sónicos são utilizados para a redução do tamanho das partículas e para a distribuição das mesmas, quer se trate de uma verdadeira cominuição das partículas primárias (designada por moagem) ou da quebra de aglomerados (designada por desaglomeração/dispersão).
Leia mais sobre a moagem por ultra-sons e a dispersão de partículas!
Misturadores ultra-sónicos de alto cisalhamento para emulsificação
Quando dois líquidos imiscíveis (por exemplo, água e óleo) são sonificados utilizando um misturador ultrassónico do tipo sonda, a cavitação ultra-sónica perturba as gotículas – produzindo gotículas muito pequenas das duas fases imiscíveis, que são depois misturadas. Uma vez que os misturadores ultra-sónicos de alto cisalhamento produzem facilmente gotículas de tamanho nanométrico, as emulsões ultra-sónicas estabilizadas apresentam uma estabilidade a longo prazo e um aspeto transparente e claro.
Uma vez que qualquer tipo de emulsão tem o seu limiar específico de emulsificação/cisalhamento, onde se obtêm caraterísticas e tamanho de gota ideais, o ajuste preciso dos parâmetros de mistura é crucial. Enquanto que um cisalhamento demasiado baixo resulta em gotículas demasiado grandes, que coalescem rapidamente e resultam em separação de fases, um cisalhamento demasiado elevado pode destruir o produto. Os misturadores ultra-sónicos de alto cisalhamento podem ser controlados com precisão e ajustados às necessidades do processo.
Clique aqui para ler mais sobre nano-emulsificação ultra-sónica!
misturador ultrassónico de alto cisalhamento UP200Ht para emulsificação
Misturadores ultra-sónicos de alto cisalhamento para mistura e dissolução
Os misturadores ultra-sónicos de alto cisalhamento são utilizados para misturar, moer, dispersar e dissolver partículas como pós, pigmentos e fibras num processo rápido, fiável e fácil. A cavitação gerada por ultra-sons aumenta a transferência de massa entre sólidos e líquidos. A cavitação ultra-sónica tem um forte impacto sobre as partículas sólidas: Os fluxos de líquido cavitacional corroem a superfície dos sólidos e transportam os fragmentos corroídos para o líquido, produzindo assim uma suspensão homogénea.
Clique aqui para ler mais sobre a dissolução por ultra-sons!
Aplicações dos misturadores ultra-sónicos de alto cisalhamento
- Fresagem & Retificação
- Desaglomeração & Dispersão
- Emulsificação
- Dissolução de pós
- Melhorar a transferência de massa
- reacções sonoquímicas
a SonoStation – um sistema de ultra-sons com 2 ultrassons de 2kW, tanque agitado e bomba – é um sistema de fácil utilização para aplicações de mistura, moagem e dispersão.
Misturadores de alto cisalhamento em qualquer tamanho
A Hielscher Ultrasonics concebe, fabrica e distribui misturadores de alto cisalhamento de elevado desempenho, desde o dispositivo de laboratório compacto, mas potente, até aos misturadores de alto cisalhamento piloto e industriais para o processamento de fluxos de grande volume ao nível da produção comercial.
Misturadores de alto cisalhamento para laboratório
Os misturadores ultra-sónicos do tipo sonda são ferramentas estabelecidas em todos os laboratórios. Uma vez que os processos ultra-sónicos podem ser escalados linearmente até grandes volumes, os misturadores ultra-sónicos de alto cisalhamento da Hielscher são ideais para desenvolver e otimizar o seu processo em pequena escala. Em seguida, depois de estabelecer os parâmetros ideais do processo, a sua aplicação de mistura pode ser aumentada linearmente para a produção piloto e a granel.
A Hielscher oferece misturadores ultra-sónicos de alto cisalhamento para trabalhos à escala laboratorial com uma gama de potências de 50 a 400 watts de potência de mistura por ultra-sons.
Misturadores de alto cisalhamento para a indústria
Os misturadores industriais de alto cisalhamento da Hielscher são processadores ultra-sónicos de alta potência, concebidos para moer, dispersar, emulsionar e misturar grandes fluxos de lamas em condições de trabalho pesado. Estes misturadores industriais lidam facilmente com altas concentrações de sólidos e partículas abrasivas. As sondas (sonotrodos) dos misturadores industriais ultra-sónicos de alto cisalhamento estão equipadas com uma flange para que o misturador possa ser integrado em tanques de aço, recipientes de vidro ou recipientes de plástico em qualquer orientação. Isto permite pressurizar o recipiente de sonicação. A aplicação de pressão no recipiente de ultra-sons ou na célula de fluxo intensifica a cavitação acústica e, assim, o processo de mistura ultra-sónica. A Hielscher Ultrasonics oferece misturadores industriais de alto cisalhamento de 500 a 16.000 watts. Com o UIP16000, a Hielscher oferece o mais poderoso misturador ultrassónico de alto cisalhamento em todo o mundo.
Materiais de elevada viscosidade? – Não há problema! Todos os processadores ultra-sónicos Hielscher das categorias de bancada e industrial podem processar facilmente lamas viscosas até 250.000 centipoise. Para viscosidades superiores a 2.000 cPs, recomendamos a utilização de células de fluxo em combinação com bombas de cavidade progressiva para um melhor acoplamento das ondas de ultra-sons no fluido.
Como encontrar o misturador ultrassónico de alto cisalhamento certo?
A Hielscher Ultrasonics é um fabricante experiente de sistemas de mistura ultra-sónica de alto cisalhamento, potentes e fiáveis, que são utilizados para dispersar e quebrar partículas, para preparar nanoemulsões ou para dissolver pós em líquidos. Sendo líder no mercado dos misturadores ultra-sónicos, a Hielscher concebe, fabrica e distribui misturadores e homogeneizadores ultra-sónicos de alto cisalhamento desde o laboratório e a bancada até à escala piloto e industrial.
A resposta 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 factores críticos do processo?
- Quais são os padrões de qualidade que devem ser alcançados?
O nosso pessoal bem treinado e experiente irá ajudá-lo com quaisquer questões e com a conceção do seu processo de mistura. A Hielscher Ultrasonics oferece uma consultoria aprofundada sobre o processamento ultrassónico para ajudar os nossos clientes a encontrar o misturador ultrassónico de alto cisalhamento mais ideal. Mas o serviço da Hielscher não termina aqui, nós treinamos os clientes, quer nas suas instalações ou no nosso laboratório de processo ultrassónico e centro técnico para ajudá-los durante o desenvolvimento do processo, otimização e scale-up.
Hielscher Ultrasonics’ Os processadores ultra-sónicos industriais fornecem facilmente amplitudes muito elevadas, que são necessárias para quebrar partículas duras e aglomerados ou para processar lamas com uma elevada concentração de sólidos. Os misturadores industriais da Hielscher funcionam facilmente com amplitudes até 200µm em funcionamento contínuo, 24 horas por dia, 7 dias por semana. Se processos específicos exigirem amplitudes ainda mais elevadas, estão disponíveis sondas ultra-sónicas personalizadas. Acessórios como buzinas de reforço, células de fluxo, reactores de sonicação e configurações completas de recirculação estão prontamente disponíveis e permitem configurar o seu sistema de mistura ultra-sónica adaptado de forma ideal aos requisitos do seu processo. Todos os sonotrodos e reactores, que são as únicas partes que entram em contacto com o meio, são CIP/SIP (limpeza e esterilização no local).
Misturadores ultra-sónicos sofisticados de alto cisalhamento
A Hielscher Ultrasonics concentra-se em desintegradores de células de alto desempenho com a maior facilidade de utilização e avanços técnicos de ponta. Isto significa que os padrões dos desintegradores de laboratório da Hielscher se adaptam cada vez mais à inteligência da maquinaria industrial. O utilizador pode controlar os ultrassons digitais da Hielscher através do controlo remoto do navegador. O software de registo automático de dados grava todos os parâmetros ultra-sónicos importantes, tais como potência líquida, potência total, amplitude, temperatura, pressão, hora e data como ficheiro CSV num cartão SD incorporado. Além disso, o desintegrador ultrassónico pode ser programado para desligar automaticamente após um determinado tempo ou uma entrada de energia específica ou programar modos de sonicação pulsante. Os sensores de temperatura e de pressão permitem controlar cuidadosamente as condições da amostra. Uma vez que o controlo da 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 no intervalo de temperatura pretendido.
As funções sofisticadas dos ultrassons Hielscher asseguram o mais elevado controlo do processo, resultados de sonicação fiáveis e reprodutíveis, facilidade de utilização e conforto de trabalho.
qualidade – Fabricado na Alemanha
Sendo uma empresa familiar, a Hielscher dá prioridade aos mais elevados padrões de qualidade para os seus processadores ultra-sónicos. Todos os ultrassons são concebidos, fabricados e exaustivamente testados na nossa sede em Teltow, perto de Berlim, na Alemanha. A robustez e a fiabilidade do equipamento ultrassónico da Hielscher fazem dele um cavalo de batalha na sua produção. A operação 24 horas por dia, 7 dias por semana, sob carga total e em ambientes exigentes é uma caraterística natural dos misturadores de alto desempenho da Hielscher.
Pode comprar misturadores ultra-sónicos de alto cisalhamento Hielscher em qualquer tamanho diferente e configurados para o seu processo. Desde o tratamento de fluidos num pequeno copo de laboratório até à mistura contínua de polpas a nível industrial, a Hielscher Ultrasonics oferece um misturador de alto cisalhamento adequado para si! Por favor contacte-nos – temos o prazer de lhe recomendar a configuração ideal da misturadora ultra-sónica!
O quadro seguinte dá-lhe uma indicação da capacidade de processamento aproximada dos nossos ultra-sons:
| Volume do lote | caudal | 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.d. | 10 a 100L/min | UIP16000 |
| n.d. | maior | grupo de UIP16000 |
Contactar-nos! / Pergunte-nos!
Homogeneizadores ultra-sónicos de alta potência de laboratório para piloto e Industrial escala.
Fatos, vale a pena conhecer
Ultrasonicators e sua utilização como misturadores de alto cisalhamento
Os ultra-sons são dispositivos de ultra-sons do tipo sonda, que se definem pela transmissão das vibrações ultra-sónicas através de uma sonda ultra-sónica para o meio de processamento. A sonda, também conhecida como sonotrodo, é uma haste de titânio que vibra numa frequência de ultra-sons, por exemplo, 20 kHz. Vibrar a 20 kHz significa que a superfície horizontal da sonda se expande e contrai 20.000 vezes por segundo. Estes movimentos rápidos na gama de frequências ultra-sónicas na ponta da sonda são acoplados ao fluido. No fluido, as ondas de ultra-sons viajam através do meio e geram ciclos alternados de alta pressão / baixa pressão. Durante o ciclo de baixa pressão, surgem minúsculas bolhas de vácuo que crescem ao longo de vários ciclos de pressão até atingirem um ponto em que não conseguem absorver mais energia. No ponto de crescimento máximo, a bolha de cavitação rebenta violentamente. A implosão resulta num campo denso em energia com temperaturas e pressões muito elevadas, respectivos diferenciais de temperatura e pressão, fluxos de líquido com velocidades até 180 m/s e turbulências. Esta energia cavitacional tem um forte impacto sobre os líquidos e lamas, resultando em resultados extraordinários de mistura, homogeneização, moagem, dispersão e emulsificação. Os misturadores ultra-sónicos de alto cisalhamento produzem facilmente partículas de tamanho nanométrico e gotículas com uma distribuição de tamanho de partícula / gotícula muito estreita.
Leia aqui quais são as diferenças entre o processamento por cavitação ultra-sónica / acústica e por cavitação hidrodinâmica!
Indústrias comuns para misturadores ultra-sónicos 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
- Reacções 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.