Ультразвуковая дезинтеграция: смачивание, растворение, диспергирование

Ультразвуковые интеграторы широко используются для смачивания, диспергирования или растворения частиц и порошков в жидкостях. Высокопроизводительные ультразвуковые аппараты создают интенсивные сдвиговые силы, которые разрушают и дробят агрегаты, агломераты и первичные частицы до микроскопических или наноразмеров. Равномерная обработка частиц в поле акустической кавитации обеспечивает узкое распределение частиц и однородную поверхность частиц.

Ультразвуковые дезинтеграторы и их применение

Ультразвуковые дезинтеграторы создают интенсивные сдвиговые силы, обеспечивающие необходимое воздействие на твёрдые вещества, такие как частицы, кристаллы и волокна, для их разрушения и измельчения до заданного размера, например микро- или наноразмера. По сравнению с альтернативными методами дезинтеграции с использованием таких устройств, как лопастные смесители с высоким сдвигом, гомогенизаторы высокого давления, бисерные мельницы, микрофлюидизаторы и т. д., ультразвуковые дезинтеграторы обладают рядом существенных преимуществ.

Преимущества ультразвуковых дезинтеграторов

• Высокоинтенсивная кавитация и сдвиг
• Равномерная обработка частиц
• Высокие концентрации твёрдых веществ
• Отсутствие сопел / отсутствие засорения
• Не требуются мелющие тела (например, бисер)
• Линейная масштабируемость
• Простая и безопасная эксплуатация
• Простота очистки
• Экономия времени и энергии

 

Принцип работы ультразвуковых дезинтеграторов зондового типа основан на создании акустической кавитации. Через ультразвуковой зонд высокоинтенсивные ультразвуковые волны передаются в обрабатываемую среду (то есть жидкость или суспензию). Ультразвуковые волны распространяются в жидкости, создавая чередующиеся циклы высокого и низкого давления. Во время циклов низкого давления возникают мельчайшие вакуумные пузырьки, так называемые кавитационные пузырьки. Эти кавитационные пузырьки растут в течение нескольких циклов давления, пока не достигнут размера, при котором уже не могут поглощать дополнительную энергию. В этот момент кавитационные пузырьки резко схлопываются и создают локальные экстремальные условия, такие как очень высокие температуры и давления, экстремальные перепады температуры и давления (из-за высоких скоростей нагрева / охлаждения и колебаний давления), микротурбулентность и потоки жидкости со скоростями до 180m/s. Эти условия оказывают значительное механическое воздействие на частицы в среде, поскольку высокоскоростные потоки жидкости ускоряют частицы, вызывая их столкновения. В результате межчастичных столкновений твёрдые вещества (например, частицы, волокна, клетки) подвергаются эрозии, дробятся и распадаются на фрагменты микро- и наноразмера.
Сильная турбулентность, создаваемая обработкой ультразвуком, увеличивает массоперенос между фазами и тем самым способствует растворению порошков или протеканию гетерогенных химических реакций. Это делает ультразвуковые дезинтеграторы предпочтительным инструментом для интенсификации таких процессов, как измельчение, диспергирование, эмульгирование и растворение.

Узнайте больше об ультразвуковой интенсификации химических реакций (сонохимии)!

Применение ультразвуковых дезинтеграторов

• Измельчение и размол
• Деагломерация и диспергирование
• Эмульгирование
• Растворение порошков
• Улучшение массопереноса
• Сонохимические реакции

Ультразвуковые дезинтеграторы для уменьшения размера частиц

Ультразвуковые дезинтеграторы используются для уменьшения размера и распределения частиц, будь то фактическое измельчение первичных частиц (называемое размолом) или разрушение агломератов (называемое деагломерацией / диспергированием).

Ультразвуковые дезинтеграторы для измельчения и размола

Кавитация, создаваемая ультразвуком, вызывает интенсивные сдвиговые силы и связанные с ними межчастичные столкновения. Твёрдые вещества в суспензии действуют как мелющие тела (аналогично бисеру или шарикам в бисерной / шариковой мельнице): они ускоряются кавитационными потоками жидкости, которые легко достигают скоростей до 180m/s. Когда частицы сталкиваются друг с другом с такой огромной скоростью, они разрушаются и дробятся на фрагменты микро- и наноразмера. Ультразвуковые дезинтеграторы могут разрушать даже первичные частицы. Ультразвуковые реакторы с проточными ячейками обеспечивают равномерную обработку всех частиц, благодаря чему ультразвуковое измельчение даёт узкое распределение частиц по размерам.
Нажмите здесь, чтобы узнать больше об ультразвуковом измельчении!

Ультразвуковые дезинтеграторы для деагломерации и диспергирования

Параметры ультразвукового процесса можно контролировать очень точно, поэтому ультразвуковые дезинтеграторы способны измельчать первичные частицы при использовании высоких амплитуд и повышенного давления. С другой стороны, системы ультразвуковой дезинтеграции могут также работать при более низких амплитудах и в более мягких условиях, при которых структура и поверхность частиц остаются неповреждёнными, но агломераты разрушаются, а отдельные частицы равномерно распределяются в суспензии.
Нажмите здесь, чтобы узнать больше об ультразвуковой деагломерации и диспергировании!

Ультразвуковое диспергирование пирогенного диоксида кремния: ультразвуковой гомогенизатор Hielscher UP400S быстро и эффективно диспергирует порошок диоксида кремния до отдельных наночастиц.

Ультразвуковые дезинтеграторы для эмульгирования

При обработке ультразвуком двух несмешивающихся жидкостей (например, воды и масла) ультразвуковая кавитация разрушает капли – образуя очень мелкие капли двух несмешивающихся фаз, которые затем перемешиваются друг с другом. Поскольку ультразвуковые дезинтеграторы легко образуют капли наноразмера, стабилизированные ультразвуковые эмульсии обладают долговременной стабильностью и прозрачным внешним видом.
Нажмите здесь, чтобы узнать больше об ультразвуковом наноэмульгировании!

Ультразвуковые дезинтеграторы для растворения

Ультразвуковые дезинтеграторы используются для растворения порошков и таблеток посредством быстрой, простой и безопасной процедуры. Кавитация, создаваемая ультразвуком, вызывает эрозию поверхности твёрдых веществ и переносит отделившиеся фрагменты в жидкость, образуя тем самым однородный раствор.
В фармацевтической промышленности растворение таблеток является повседневной задачей, например для аналитических целей. При контакте с водной средой таблетка растворяется медленно, и этот процесс занимает очень много времени. Даже при использовании обычной мешалки или лопастной мешалки полное растворение таблеток по-прежнему требует много времени. Ультразвуковая кавитация и создаваемые ею чрезвычайно интенсивные сдвиговые силы отделяют частицы от таблетки и переносят их в растворяющую жидкость, тем самым непрерывно поддерживая массоперенос между поверхностью таблетки и свежей ненасыщенной растворяющей жидкостью. Это делает ультразвуковое растворение чрезвычайно быстрым и эффективным процессом, который помогает ускорить растворение лекарственных препаратов.
Нажмите здесь, чтобы узнать больше об ультразвуковом растворении!

Растворение – одно из многочисленных применений мощного ультразвука. В видео показано быстрое растворение желейных конфет в воде с помощью Hielscher UP200St.

Как работает механический дезинтегратор?

Ультразвуковые лабораторные дезинтеграторы используют тот же механический принцип, что и промышленные дезинтеграторы. Смесительные системы с дезинтеграторами разрушают агломераты и агрегаты, растворяют твёрдые вещества или диспергируют твёрдые частицы в жидких смесях. Ультразвуковая дезинтеграция предусматривает использование высокоинтенсивного ультразвукового зонда в резервуаре для периодической обработки или в реакторе с проточной ячейкой, установленном в технологической линии. Зонд (сонотрод) ультразвукового дезинтегратора колеблется в жидкости с очень высокой частотой и создаёт в ней интенсивную ультразвуковую кавитацию. Каждое схлопывание кавитационного пузырька вызывает мощные сдвиговые силы, которые разрушают агломераты, агрегаты и даже первичные частицы. Кроме того, ультразвуковая кавитация создаёт высокоскоростные кавитационные потоки со скоростью до 1000km/h. Кавитационные струи жидкости ударяют по агломератам частиц, разрывают клеточные стенки, улучшают перенос вещества в суспензии и диспергируют твёрдые вещества по всему объёму жидкости. В поле ультразвуковой кавитации давление быстро и многократно изменяется от вакуума до значений, достигающих 1000bar. Роторный смеситель с 4 лопастями должен был бы работать на поразительной скорости 300 000 RPM, чтобы достичь такой же частоты чередующихся циклов давления. Обычные роторные смесители и роторно-статорные смесители не создают значительной кавитации из-за ограничений скорости.

Интересуетесь синтезом наночастиц методом «снизу вверх»? – Нажмите здесь, чтобы узнать больше!

Лабораторные ультразвуковые дезинтеграторы

Ультразвуковые устройства зондового типа – очень полезный инструмент в любой лаборатории. Ультразвуковой зонд (также известный как сонотрод) представляет собой легко очищаемый титановый стержень простой геометрической формы, который передаёт ультразвуковые колебания в жидкость. Hielscher производит ультразвуковые зонды и наконечники в широком диапазоне размеров. Для наиболее распространённых задач дезинтеграции твёрдых веществ в лаборатории очень полезны ультразвуковые зонды с диаметром наконечника 3, 7, 14 или 22mm. Доступны зонды других размеров, а также ультразвуковые зонды с размерами по индивидуальному заказу. Типичные ультразвуковые устройства для лабораторной дезинтеграции имеют ультразвуковую мощность от 100 до 400 ватт.

Промышленные ультразвуковые дезинтеграторы

Промышленные дезинтеграторы Hielscher – это мощные ультразвуковые процессоры, предназначенные для непрерывной дезинтеграции больших потоков суспензий при высоких нагрузках. Эти промышленные системы легко справляются с высокими концентрациями твёрдых веществ. Промышленные ультразвуковые зонды оснащены фланцем, который позволяет устанавливать их на стальные резервуары, стеклянные реакторы или пластиковые ёмкости в любой ориентации. Повышение давления в ёмкости для обработки ультразвуком или в проточной ячейке усиливает акустическую кавитацию и тем самым интенсифицирует процесс обработки ультразвуком. Типичное промышленное оборудование для ультразвуковой дезинтеграции имеет ультразвуковую мощность от 1000 до 16 000 ватт на один сонотрод.

Отрасли, в которых широко применяется ультразвуковая дезинтеграция:

• Диспергирование, растворение, смешивание составов из твёрдых и жидких компонентов
• Материаловедение
• Подготовка образцов перед анализом
• Применение наночастиц
• Функционализация частиц
• Реакции межфазного переноса
• Кристаллизация / осаждение
• Переработка пищевых продуктов
• Бумажная промышленность
• Сбраживание биомассы

Как купить подходящий ультразвуковой дезинтегратор?

Hielscher Ultrasonics – производитель с многолетним опытом выпуска высокопроизводительных ультразвуковых дезинтеграторов, которые используются для диспергирования и разрушения частиц или для растворения порошков в жидкостях. Будучи лидером рынка, Hielscher разрабатывает, производит и поставляет ультразвуковые дезинтеграторы и гомогенизаторы от лабораторного и настольного до полноценного промышленного масштаба.

Мы поможем вам ответить на следующие вопросы, чтобы подобрать ультразвуковой дезинтегратор, наиболее подходящий для вашей задачи и потребностей:

• Для какой задачи вы планируете использовать оборудование?
• Какой типичный объём необходимо обрабатывать?
• Каковы критические факторы процесса?
• Каких стандартов качества необходимо достичь?

Наши хорошо подготовленные и опытные сотрудники помогут вам с любыми вопросами и разработкой концепции вашего процесса. Hielscher Ultrasonics предлагает подробные консультации по ультразвуковым процессам, помогая нашим клиентам подобрать оптимальное ультразвуковое устройство. Но услуги Hielscher на этом не заканчиваются: мы обучаем клиентов на их предприятиях или в нашей лаборатории ультразвуковых процессов и техническом центре, помогая им при разработке, оптимизации и масштабировании процессов.
Промышленные ультразвуковые процессоры Hielscher Ultrasonics легко обеспечивают очень высокие амплитуды, необходимые для разрушения твёрдых частиц и агломератов или для обработки суспензий с высокой концентрацией твёрдых веществ. Промышленные дезинтеграторы Hielscher могут непрерывно работать с амплитудами до 200µm в режиме 24/7. Для ещё более высоких амплитуд доступны ультразвуковые сонотроды, изготовленные по индивидуальному заказу. Дополнительные принадлежности, такие как усилители амплитуды, проточные ячейки, реакторы для обработки ультразвуком и комплектные рециркуляционные установки, также доступны и позволяют сконфигурировать вашу ультразвуковую систему в соответствии с требованиями вашего процесса.

Усовершенствованные ультразвуковые дезинтеграторы и устройства для растворения

Hielscher Ultrasonics специализируется на высокопроизводительных дезинтеграторах с наивысшим удобством использования и самыми современными техническими достижениями. Это означает, что стандарты лабораторных дезинтеграторов Hielscher всё больше приближаются к интеллектуальным возможностям промышленного оборудования. Пользователь может управлять цифровыми ультразвуковыми аппаратами Hielscher дистанционно через браузер. Программное обеспечение для автоматической регистрации данных записывает все важные параметры ультразвуковой обработки, такие как полезная мощность, общая мощность, амплитуда, температура, давление, время и дата, в файл CSV на встроенной SD-карте. Кроме того, ультразвуковой дезинтегратор можно запрограммировать на автоматическое отключение по истечении заданного времени или после ввода определённого количества энергии, а также задать импульсные режимы обработки ультразвуком. Подключаемые датчики температуры и давления позволяют тщательно отслеживать условия обработки образца. Поскольку контроль температуры термочувствительных материалов является решающим фактором качества результатов процесса, Hielscher предлагает различные решения для поддержания температуры процесса в заданном диапазоне.
Усовершенствованные функции ультразвуковых аппаратов Hielscher обеспечивают наивысший уровень контроля процесса, надёжные и воспроизводимые результаты обработки ультразвуком, удобство использования и комфорт в работе.
Промышленные ультразвуковые процессоры Hielscher Ultrasonics способны обеспечивать очень высокие амплитуды. Непрерывная работа с амплитудами до 200µm легко обеспечивается в режиме 24/7. Для ещё более высоких амплитуд доступны ультразвуковые сонотроды, изготовленные по индивидуальному заказу. Возможность работы с такими высокими амплитудами позволяет нашим клиентам эффективно измельчать первичные частицы до наноразмера. Прочность ультразвукового оборудования Hielscher позволяет работать в режиме 24/7 при высоких нагрузках и в сложных условиях.
Узнайте больше об ультразвуковом растворении и устройствах для растворения!

Качество – сделано в Германии

Как предприятие, находящееся в семейной собственности и под семейным управлением, Hielscher гордится высоким качеством своих ультразвуковых процессоров. Все ультразвуковые аппараты разрабатываются, производятся и испытываются в нашей штаб-квартире в Тельтове недалеко от Берлина, Германия. Прочность ультразвукового оборудования Hielscher позволяет работать в режиме 24/7 при высоких нагрузках и в сложных условиях.

Вы можете купить ультразвуковые дезинтеграторы Hielscher самых разных размеров, а диапазон цен позволяет выбрать доступный ультразвуковой аппарат, соответствующий вашему бюджету. От дезинтеграции частиц в небольших лабораторных флаконах до непрерывной проточной дезинтеграции суспензий в промышленном производстве – Hielscher Ultrasonics предлагает подходящий для вас дезинтегратор! Свяжитесь с нами – мы будем рады порекомендовать вам наиболее подходящий ультразвуковой аппарат!
В таблице ниже приведена ориентировочная производительность наших ультразвуковых аппаратов: