Omogenizatoarele sunt un tip de mixere, care aplică forțe mecanice pentru a amesteca, emulsiona, dispersa și dizolva sistemele lichid-lichid și solid-lichid. În funcție de modelul de omogenizator de forfecare de rotație, duze sau ultrasunete de mare putere sunt utilizate pentru a crea forțele necesare pentru a dezintegra și rupe particule solide, precum și picături de lichid. Aflați mai multe despre dispozitivele de omogenizare și aplicațiile lor în cercetare și producție!

Ce este un omogenizator?

Un omogenizator este o clasă de dispozitive de amestecare, care este proiectată pentru a rupe particulele, atât solide, cât și lichide, într-un amestec uniform. Omogenizatoarele sunt disponibile ca echipamente de laborator, banc-top și industriale utilizate pentru diverse aplicații în cercetare și industrie. Aplicarea tipică a omogenizatorului include amestecarea și dezintegrarea diferitelor materiale, inclusiv particule, pigmenți, substanțe chimice, plante, alimente, celule, țesuturi, printre altele.

Privire de ansamblu asupra diferitelor tipuri de omogenizator

Diferite tipuri de omogenizator sunt disponibile în comerț pentru utilizarea în banc-top și industriale de producție la scară largă. Cu toate acestea rotor / stator (coloid) mixere, omogenizatoare de înaltă presiune, și omogenizatoare cu ultrasunete sunt cele mai utilizate modele.
Mixere rotor sau lame să aibă o lamă de filare, care se rotește la viteză mare în partea inferioară a vasului de amestecare, combinând astfel diferite materiale într-un amestec omogen.
Ca nume al rotor / mixer stator deja implică, un rotor / mixer stator are un rotor și o componentă stator. Rotorul este un arbore metalic care se rotește la viteze mari în stator. Statorul este partea metalică care rămâne staționară. Rotația rotorului creează un efect de aspirație care mișcă materialul solid-lichid între stator și rotor, unde solidele sunt reduse la dimensiuni mai mici ale particulelor.
Principiul de lucru al omogenizator de înaltă presiune (HPH) se bazează pe utilizarea unei pompe de înaltă presiune și a unei supape (duză, orificiu), ceea ce face ca echipamentul să fie mare, greu și scump. Suspensia prelucrată este forțată cu viteză mare de curgere printr-un orificiu mic, ceea ce reduce dimensiunea particulelor, deoarece particulele necesită o anumită dimensiune mică pentru a trece prin supapă. Mai ales atunci când se procesează solide, HPH-urile sunt predispuse la înfundare.
Omogenizatoare cu ultrasunete să utilizeze forțele de forfecare ridicate generate de cavitația acustică, ceea ce le oferă diverse avantaje față de alte tehnici de omogenizare. Principiul de lucru și beneficiile omogenizării cu ultrasunete sunt prezentate mai jos.

Ultrasunete de mare putere ca forță de omogenizare

Un omogenizator cu ultrasunete utilizează vibrații cu ultrasunete de mare intensitate și cavitație pentru a crea forțe de forfecare foarte intense și, prin urmare, poate fi numit un mixer super-intens de forfecare de mare. Secretul din spatele forțelor super-intense de forfecare înaltă este cavitația acustică, care este generată de undele cu ultrasunete de mare putere. Un omogenizator cu ultrasunete are un generator, care este sursa de alimentare și unitatea de control, și un traductor. Traductorul conține ceramică piezo-electrică. Aceste ceramici piezo-electrice transformă energia electrică în oscilație, deoarece cristalele piezoelectrice își schimbă dimensiunea și forma atunci când se aplică tensiunea. Când frecvența oscilatorului electronic este egală cu frecvența naturală a cuarțului piezoelectric, apare rezonanța. În condiții de rezonanță, cuarțul produce unde ultrasonice longitudinale de amplitudine mare.
Undele cu ultrasunete generate sunt apoi cuplate prin intermediul sondei cu ultrasunete (sonotrode / corn) în mediul de proces. Amplitudinea la sonda cu ultrasunete determină intensitatea undelor cu ultrasunete, care sunt transmise în lichid sau dejecții lichide. Undele ultrasonice generează cicluri alternative de înaltă presiune și joasă presiune în medii lichide. În timpul ciclului de joasă presiune, undele ultrasonice de mare intensitate produc bule mici de vid în lichid. În timpul ciclului de înaltă presiune, bulele mici de vid se prăbușesc distructiv. Acest fenomen se numește cavitație. Implozia bulelor de cavitație poate genera, de asemenea, jeturi lichide cu o viteză mare de până la 280 m/s, rezultând forțe puternice de forfecare. Forțele de forfecare sparg particulele, provoacă coliziune între particule și perturbă picăturile și celulele mecanic, promovând în același timp un transfer de masă extrem de eficient. Aceste forțe cavitaționale produc dispersii uniforme și omogene, emulsii și suspensii și sunt, de asemenea, cunoscute pentru a promova reacții chimice (așa-numita sonochemistry).

Cavitația acustică (generată de ultrasunetele de mare putere) creează condiții extreme la nivel local, așa-numitele efecte sonomecanice și sonochimice. Datorită acestor efecte, Sonicare reduce particulele solide și lichide și le amestecă într-o formulare omogenă.

Omogenizatoare cu ultrasunete – avantaje

Omogenizatoare cu ultrasunete sunt superioare, atunci când vine vorba de producția de solid-lichid (așa-numitele dejecții lichide) și suspensii și soluții lichid-lichid. Deoarece ultrasonicators folosesc principiul de lucru al cavitație cu ultrasunete, materialul ar trebui să fie umed sau într-o fază umedă, deoarece cavitația are loc numai în lichid. Acest lucru înseamnă că un ultrasonicator nu ar fi foarte eficient în amestecarea unei pulberi uscate, dar de îndată ce pulberea devine umezită, Sonicare este cea mai eficientă metodă de amestecare. Omogenizatoare cu ultrasunete sunt bine cunoscute pentru a amesteca în mod fiabil, amestec și dispersa chiar paste și materiale foarte vâscoase. Forțele extraordinar de intense cauzate de implozia bulelor de cavitație creează nu numai forțe de forfecare foarte puternice, ci și temperaturi și presiuni ridicate limitate local, precum și diferențiale respective. Aceste combinații de forțe fizice perturbă particulele la dimensiuni mult mai mici decât un omogenizator convențional. Prin urmare, omogenizatoare cu ultrasunete sunt echipamentul preferat pentru producția fiabilă de emulsii și dispersii de dimensiuni nano.

Aplicații de omogenizatoare cu ultrasunete

Omogenizatoare cu ultrasunete sunt utilizate pe scară largă în instalațiile de laborator și industriale pentru a omogeniza suspensii solid-lichid și lichid-lichid, reduce dimensiunea particulelor, perturba și extrage material biologic, intensifica reacțiile chimice și dizolva compuși solubili.

cu ultrasunete emulsificare

Emulsionarea este procesul de amestecare a două sau mai multe lichide nemiscibile împreună pentru a pregăti un amestec stabil sau semistabil. În general, aceste două lichide constau dintr-o fază uleioasă și o fază apoasă (apă). Pentru a stabiliza amestecul diferitelor faze lichide, se adaugă un emulgator (agent tensioactiv / co-agent tensioactiv). Dimensiunea picăturii unei emulsii joacă un rol crucial atunci când vine vorba de funcționalitatea și stabilitatea unei emulsii. Deoarece puterea-ultrasunete creează forțe sonomecanice, care descompun picăturile und le reduce la picături minute, sonicare este o metodă foarte populară pentru producerea de microni- și nano-emulsii. Omogenizatoare cu ultrasunete sunt un instrument fiabil pentru producerea de O / W și W / O emulsii, emulsii inverse, emulsii duble (O / W / O, W / O / W), mini-emulsii, precum și emulsii Pickering. Pe baza acestei flexibilități și a capacității de emulsionare fiabile, omogenizatoare cu ultrasunete (uneori numite și emulgatori cu ultrasunete atunci când sunt utilizate pentru emulsionare) sunt utilizate, de exemplu, în industria chimică, alimentară, farmaceutică și a combustibilului pentru a produce emulsii stabile pe termen lung.
Faceți clic pe următoarele link-uri pentru a afla mai multe despre Nano-Emulsiile, și Pickering Emulsiile!

Dispersia cu ultrasunete

Omogenizatoare cu ultrasunete sunt foarte eficiente atunci când aglomerate de particule, agregate și chiar particule primare trebuie să fie reduse în mod fiabil în dimensiune. Avantajul omogenizatoare cu ultrasunete este capacitatea lor de a freza particule până la dimensiuni mai mici și mai uniforme particule, dacă micron- sau nano-particule sunt vizate ca rezultat al procesului. Forțele de forfecare cavitaționale și fluxurile lichide accelerează particulele, astfel încât acestea să se ciocnească între ele. Acest lucru este cunoscut sub numele de coliziune interparticulă. Particulele în sine acționează ca mediu de frezare, ceea ce evită contaminarea prin măcinarea margelelor și procesul de separare ulterioară, care este necesar atunci când se utilizează mori convenționale de mărgele. De la ciocnirea particulelor prin coliziune interparticulă la viteze foarte mari de până la 280m/sec, se aplică forțe extraordinar de mari particulelor, care, prin urmare, se sparg în fracții minute. Frecarea și eroziunea dau acestor fragmente de particule o suprafață lustruită și o formă uniformă. Combinația forțelor de forfecare și coliziunea interparticulelor oferă omogenizare și dispersie cu ultrasunete marginea avantajoasă oferind suspensii și dispersii coloidale foarte omogene!
Secvența de imagini de mai jos descrie forțele cavitaționale ale ultrasunetelor pe fulgii de grafit.

O secvență de mare viteză (de la a la f) de cadre care ilustrează exfolierea sono-mecanică a unui fulg de grafit în apă folosind UP200S, un ultrasonicator de 200W cu sonotrode de 3 mm. Săgețile arată locul despicării (exfolierea) cu bule de cavitație care penetrează despicarea.
© Tyurnina et al. 2020 (CC BY-NC-ND 4.0)

Dispersia și omogenizarea nanomaterialelor

Atât pentru emulsii, cât și pentru dispersii, prepararea amestecurilor de dimensiuni nano este o sarcină dificilă. Cele mai multe tehnici convenționale de omogenizare și amestecare, cum ar fi mixere cu lamă, mori de mărgele, omogenizatoare de înaltă presiune și alte mixere sunt capabile să producă particule de dimensiuni microni, dar nu pot rupe în mod fiabil picăturile și solidele până la nano-dimensiune. Acest lucru se datorează în mare parte intensității insuficiente. De exemplu, mixerele cu lamă nu oferă suficientă forfecare pentru ruperea particulelor la nano-dimensiune. Mori de mărgele, un alt tip de omogenizator, nu poate freza solide uniform la o dimensiune mai fină a particulelor decât margele (medii de slefuire) în sine. Margelele convenționale de măcinare au o dimensiune medie între 1.500 mm – 35.000 mm. O altă problemă este contaminarea prin uzură a mediului de frezare. Deoarece ultrasonicators oferă forțe de forfecare extraordinar de mari, dar precis controlabile, cavitație cu ultrasunete este tehnica preferată pentru producția fiabilă de nano-dispersie și nano-emulsii în laborator (R&D), configurații pilot și industriale.

Scalarea proceselor de omogenizare cu ultrasunete

Atunci când scalarea de la un omogenizator cu ultrasunete de laborator la un ultrasonicator pilot, și de la un sistem pilot la un omogenizator cu ultrasunete de producție la scară largă, scară-up poate fi aplicat complet liniar! Toți parametrii importanți ai procesului, cum ar fi amplitudinea, presiunea, temperatura și timpul de procesare sunt menținute constante, numai suprafața sondei cu ultrasunete și ultrasonicator ca agitator energetic al sondei sunt scalate la unități mai mari, mai puternice. Scalabilitatea liniară a proceselor de omogenizare cu ultrasunete permite obținerea în producția mare a acelorași rezultate de înaltă calitate ca și în setările de laborator și pilot.

Găsiți cel mai potrivit omogenizator cu ultrasunete pentru procesul dvs.!

Hielscher Ultrasonics este partenerul tău cu experiență de mult timp pentru omogenizatoare cu ultrasunete. Toate ultrasonicators Hielscher sunt proiectate, fabricate și testate în sediul nostru din Germania înainte de a le livra clienților noștri din întreaga lume. Hielscher omogenizatoare cu ultrasunete sunt dispozitive de înaltă calitate charcterized de înaltă performanță constantă, fiabilitate, robustețe, și ușurința în utilizare. Sofisticarea tehnică a tehnologiei de omogenizare cu ultrasunete oferă utilizatorilor de echipamente Hielscher avantaje competitive, care le fac lider de piață în industria lor. Cu gama largă de produse de la omogenizatoare de laborator și banc-top, sisteme pilot și omogenizatoare cu ultrasunete full-industriale pentru producții comerciale, Hielscher are sistemul ideal de amestecare cu ultrasunete pentru cerințele dumneavoastră. Accesoriile colectorului permit configurarea ideală a omogenizatorului cu ultrasunete – satisfacerea nevoilor individuale.
Spuneți-ne cerințele și specificațiile dumneavoastră de proces – vă vom recomanda cu plăcere cel mai potrivit și eficient omogenizator cu ultrasunete pentru aplicația dvs.!

De înaltă eficiență cu omogenizatoare cu ultrasunete

Datorită eficienței extraordinare a procesului, costurilor rezonabile de investiții, eficienței energetice foarte ridicate și costurilor scăzute de muncă și întreținere, omogenizatoarele cu ultrasunete Hielscher depășesc tehnicile convenționale de omogenizare și realizează un RoI rapid (Rentabilitatea investiției). Adesea, un omogenizator cu ultrasunete este amortizat în câteva luni.

Ultrasunete de mare putere pentru omogenizare industrială

Amplitudinea este cel mai important parametru de proces în procesele de omogenizare cu ultrasunete. Toate ultrasonicators Hielscher permit controlul precis asupra amplitudinii. În funcție de ținta procesului, se poate seta o amplitudine mai mică pentru condiții de procesare mai blânde sau se alege o amplitudine ridicată pentru rezultate mai distructive de dispersie. Hielscher Ultrasonics’ procesoare industriale cu ultrasunete poate oferi amplitudini foarte mari. Amplitudinile de până la 200μm pot fi ușor de rulat continuu în funcționare 24/7. Pentru amplitudini chiar mai mare, sonotrodes cu ultrasunete personalizate sunt disponibile.

Cerințe scăzute de întreținere pentru omogenizatoare cu ultrasunete

Omogenizatoare cu ultrasunete nu sunt doar ușor de curățat, deoarece sonotrode și reactorul sunt singurele componente care sunt părți umede și de a lua în contact cu materialul prelucrat. Sonotrode (de asemenea, cunoscut sub numele de corn cu ultrasunete sau sondă) și reactorul sunt realizate din titan și oțel inoxidabil, respectiv și au geometrii curate, fără orificii sau colțuri moarte.
Singura parte care este supusă uzurii este sonda cu ultrasunete, care poate fi înlocuită fără întreruperi semnificative ale funcționării. Sonotrode de un ultrasonicator de laborator este schimbat în aproximativ 10 min, în timp ce schimbarea unui sonotrode de un omogenizator cu ultrasunete industriale poate dura aproximativ 30-45 min.

Tabelul de mai jos vă oferă o indicație a capacității de procesare aproximativă a ultrasonicators noastre: