Смешивание с высоким сдвигом с помощью ультразвука
Смесители с высоким сдвигом воздействуют на жидкости и суспензии высокими сдвиговыми усилиями, обеспечивая равномерное диспергирование, смешивание и эмульгирование двух или более фаз типа «жидкость–твёрдое вещество» или «жидкость–жидкость». Обработка ультразвуком создаёт высокие сдвиговые усилия за счёт акустической кавитации, которая возникает при передаче мощного ультразвука в жидкости. Ультразвуковые смесители с высоким сдвигом представляют собой превосходную технологию смешивания, которая легко превосходит широко используемые лопастные смесители с высоким сдвигом, многовальные смесители, гомогенизаторы высокого давления, коллоидные мельницы и лопастные мешалки.
Преимущества ультразвуковых смесителей с высоким сдвигом
Ультразвуковые смесители с высоким сдвигом доступны в диапазоне от лабораторных гомогенизаторов мощностью 50W до промышленных систем смешивания мощностью 16 000W. Широкий ассортимент лабораторных, настольных и промышленных ультразвуковых смесителей с высоким сдвигом позволяет выбрать идеальный ультразвуковой смеситель с высоким сдвигом для вашей задачи и объёма производства.
Высокие амплитуды ультразвукового зонда создают интенсивную кавитацию с высокоскоростными потоками жидкости и сложной турбулентностью. Интенсивный гидравлический и механический сдвиг, создаваемый ультразвуком, уменьшает частицы и капли до микронных и наноразмеров. Поскольку параметры процесса обработки ультразвуком поддаются точному контролю и регулировке, воздействие смешивания, измельчения или диспергирования можно точно адаптировать к материалу и цели процесса. Ультразвуковые смесители с высоким сдвигом сокращают время смешивания / измельчения и надёжно обеспечивают получение тонких и сверхтонких дисперсий.
Ультразвуковой смеситель можно использовать для периодических процессов и процессов в потоке. Разнообразие ультразвуковых проточных ячеек и реакторов позволяет смешивать потоки с очень разными расходами и вязкостью. Ультразвуковой смеситель с высоким сдвигом может обрабатывать материалы с очень высокими концентрациями твёрдых веществ, и даже очень абразивные частицы не представляют проблемы.
Как работает смешивание с высоким сдвигом при обработке ультразвуком?
Ультразвуковые смесители с высоким сдвигом используют тот же механический принцип, что и промышленные системы смешивания, такие как лопастные смесители с высоким сдвигом, многовальные смесители, коллоидные мельницы, гомогенизаторы высокого давления и системы с лопастными мешалками. Ультразвуковые системы смешивания используются для диспергирования и измельчения частиц, эмульгирования масляной и водной фаз, растворения твёрдых веществ и получения однородных смесей любых материалов в жидкостях и суспензиях. Ультразвуковые смесители с высоким сдвигом предусматривают установку ультразвукового зонда в ёмкость для смешивания, например в резервуар для периодической обработки или в проточную ячейку. Зонд ультразвукового дезинтегратора вибрирует в жидкости с очень высокой частотой и создаёт в ней интенсивную ультразвуковую кавитацию. Схлопывание кавитационных пузырьков вызывает мощные сдвиговые усилия, которые разрушают и дробят капли, агломераты, агрегаты и даже первичные частицы. Поскольку ультразвуковая кавитация создаёт высокоскоростные кавитационные потоки со скоростью до 1000km/h, кавитационные струи жидкости ускоряют частицы. При столкновении ускоренных частиц друг с другом они действуют как измельчающие тела. В результате сталкивающиеся частицы дробятся, и их размер уменьшается до микронного или наноразмера. В поле ультразвуковой кавитации давление быстро и многократно изменяется от вакуума до 1000bar. Чтобы достичь такой же частоты чередующихся циклов давления, роторный смеситель с 4 лопастями должен был бы работать с поразительной скоростью 300 000 об/мин. Обычные роторные смесители и смесители типа «ротор–статор» не создают значительной кавитации из-за ограничения скорости.
Ультразвуковой смеситель с высоким сдвигом UIP2000hdT, мощная установка для смешивания мощностью 2kW
Совет по обработке: ультразвуковое смешивание под давлением
Повышение давления в ультразвуковом реакторе или проточной ячейке усиливает акустическую кавитацию. Hielscher Ultrasonics поставляет различные типы проточных ячеек и реакторов, в которых можно легко повысить давление до 5 barg. Ультразвуковые реакторы, изготовленные по индивидуальному заказу, могут работать при более высоком давлении – до 300barg.
Ультразвуковые смесители с высоким сдвигом и их применение
Ультразвуковые смесители с высоким сдвигом создают интенсивные сдвиговые усилия, которые обеспечивают необходимое воздействие на такие частицы, как твёрдые частицы, капли, кристаллы и волокна, разрушая и измельчая их до заданного размера, который может находиться в микронном или нанодиапазоне. В зависимости от твёрдости и хрупкости материала параметры ультразвукового процесса можно точно настроить для достижения желаемого результата смешивания. По сравнению с альтернативными методами смешивания, такими как лопастные мешалки с высоким сдвигом, гомогенизаторы высокого давления, коллоидные / бисерные мельницы, вальные смесители и т. д., ультразвуковые дезинтеграторы обладают рядом существенных преимуществ.
Преимущества ультразвуковых смесителей с высоким сдвигом
- Высокоинтенсивная кавитация и сдвиг
- Равномерная обработка частиц
- Высокие концентрации твёрдых веществ
- Нет сопел / нет засорения
- Не требуются измельчающие тела (например, шарики)
- Линейная масштабируемость
- Простая и безопасная эксплуатация
- Простота очистки
- Экономия времени и энергии
Ультразвуковые смесители с высоким сдвигом для уменьшения размера частиц
Ультразвуковые дезинтеграторы используются для уменьшения размера частиц и распределения частиц, будь то собственно дробление первичных частиц (называемое измельчением) или разрушение агломератов (называемое деагломерацией / диспергированием).
Узнайте больше об ультразвуковом измельчении и диспергировании частиц!
Ультразвуковые смесители с высоким сдвигом для эмульгирования
Когда две несмешивающиеся жидкости (например, вода и масло) обрабатываются ультразвуком с помощью ультразвукового смесителя с зондом, ультразвуковая кавитация разрушает капли – образуя очень мелкие капли двух несмешивающихся фаз, которые затем смешиваются друг с другом. Поскольку ультразвуковые смесители с высоким сдвигом легко образуют наноразмерные капли, стабилизированные ультразвуковые эмульсии обладают долговременной стабильностью и имеют прозрачный внешний вид.
Поскольку каждый тип эмульсии имеет свой специфический порог эмульгирования / сдвига, при котором достигаются оптимальный размер и характеристики капель, точная настройка параметров смешивания имеет решающее значение. Слишком слабый сдвиг приводит к образованию слишком крупных капель, которые быстро сливаются и вызывают разделение фаз, тогда как слишком сильный сдвиг может разрушить продукт. Ультразвуковые смесители с высоким сдвигом поддаются точному контролю и настройке в соответствии с требованиями процесса.
Нажмите здесь, чтобы узнать больше об ультразвуковом наноэмульгировании!
Ультразвуковой смеситель с высоким сдвигом UP200Ht для эмульгирования
Ультразвуковые смесители с высоким сдвигом для смешивания и растворения
Ультразвуковые смесители с высоким сдвигом используются для смешивания, измельчения, диспергирования и растворения частиц, таких как порошки, пигменты и волокна, обеспечивая быстрый, надёжный и простой процесс. Кавитация, создаваемая ультразвуком, усиливает массоперенос между твёрдыми веществами и жидкостью. Ультразвуковая кавитация оказывает сильное воздействие на твёрдые частицы: кавитационные потоки жидкости разрушают поверхность твёрдых веществ и переносят отделившиеся фрагменты в жидкость, образуя тем самым однородную суспензию.
Нажмите здесь, чтобы узнать больше об ультразвуковом растворении!
Области применения ультразвуковых смесителей с высоким сдвигом
- Измельчение и размол
- Деагломерация и диспергирование
- Эмульгирование
- Растворение порошков
- Улучшение массопереноса
- Сонохимические реакции
Система SonoStation – ультразвуковая система с 2x ультразвуковыми устройствами мощностью 2kW, резервуаром с мешалкой и насосом – представляет собой удобную в использовании систему для смешивания, измельчения и диспергирования.
Смесители с высоким сдвигом любых размеров
Hielscher Ultrasonics разрабатывает, производит и поставляет высокопроизводительные смесители с высоким сдвигом – от компактного, но мощного лабораторного устройства до пилотных и промышленных смесителей с высоким сдвигом для обработки потоков большого объёма в коммерческом производстве.
Смесители с высоким сдвигом для лаборатории
Ультразвуковые смесители с зондом являются общепринятыми инструментами в любой лаборатории. Поскольку ультразвуковые процессы можно линейно масштабировать до больших объёмов, ультразвуковые смесители Hielscher с высоким сдвигом идеально подходят для разработки и оптимизации вашего процесса в малом масштабе. Затем, после определения оптимальных параметров процесса, ваш процесс смешивания можно линейно масштабировать до пилотного и крупносерийного производства.
Hielscher предлагает ультразвуковые смесители с высоким сдвигом для лабораторных работ с мощностью ультразвукового смешивания от 50 до 400 ватт.
Смесители с высоким сдвигом для промышленности
Промышленные смесители Hielscher с высоким сдвигом представляют собой мощные ультразвуковые процессоры, предназначенные для измельчения, диспергирования, эмульгирования и смешивания больших потоков суспензий в тяжёлых условиях эксплуатации. Эти промышленные смесители легко справляются с высокими концентрациями твёрдых веществ и абразивными частицами. Зонды (сонотроды) промышленных ультразвуковых смесителей с высоким сдвигом оснащены фланцем, благодаря чему смеситель можно установить в стальные резервуары, стеклянные сосуды или пластиковые ёмкости в любой ориентации. Это позволяет повышать давление в сосуде для обработки ультразвуком. Повышение давления в ультразвуковом сосуде или проточной ячейке усиливает акустическую кавитацию и тем самым процесс ультразвукового смешивания. Hielscher Ultrasonics предлагает промышленные смесители с высоким сдвигом мощностью от 500 до 16 000 ватт. Модель UIP16000 от Hielscher является самым мощным ультразвуковым смесителем с высоким сдвигом в мире.
Материалы с высокой вязкостью? – Не проблема! Все ультразвуковые процессоры Hielscher настольной и промышленной категорий легко обрабатывают вязкие суспензии с вязкостью до 250 000 сантипуаз. При вязкости выше 2 000 cPs мы рекомендуем использовать проточные ячейки в сочетании с эксцентриковыми винтовыми насосами для улучшения передачи ультразвуковых волн в жидкость.
Как выбрать подходящий ультразвуковой смеситель с высоким сдвигом?
Hielscher Ultrasonics – производитель с многолетним опытом создания мощных и надёжных ультразвуковых систем смешивания с высоким сдвигом, которые используются для диспергирования и разрушения частиц, приготовления наноэмульсий или растворения порошков в жидкостях. Будучи лидером рынка ультразвуковых смесителей, Hielscher разрабатывает, производит и поставляет ультразвуковые смесители с высоким сдвигом и гомогенизаторы – от лабораторных и настольных до пилотных и полномасштабных промышленных систем.
Ответы на следующие вопросы помогут подобрать наиболее подходящий смеситель с высоким сдвигом для вашего процесса:
- Для какой задачи вы планируете его использовать?
- Какой типичный объём необходимо обрабатывать?
- Каковы критически важные факторы процесса?
- Каким стандартам качества необходимо соответствовать?
Наши хорошо подготовленные и опытные сотрудники помогут вам с любыми вопросами и разработкой концепции вашего процесса смешивания. Hielscher Ultrasonics предоставляет подробные консультации по ультразвуковой обработке, помогая нашим клиентам подобрать наиболее подходящий ультразвуковой смеситель с высоким сдвигом. Но на этом услуги Hielscher не заканчиваются: мы обучаем клиентов на их предприятиях или в нашей лаборатории ультразвуковых процессов и техническом центре, помогая им в разработке, оптимизации и масштабировании процессов.
Промышленные ультразвуковые процессоры Hielscher Ultrasonics легко обеспечивают очень высокие амплитуды, необходимые для разрушения твёрдых частиц и агломератов или обработки суспензий с высокой концентрацией твёрдых веществ. Промышленные смесители Hielscher легко работают с амплитудами до 200µm непрерывно в режиме 24/7. Если для определённых процессов требуются ещё более высокие амплитуды, доступны ультразвуковые зонды, изготовленные по индивидуальному заказу. Такие принадлежности, как усилители амплитуды, проточные ячейки, реакторы для обработки ультразвуком и полные рециркуляционные установки, доступны для поставки и позволяют конфигурировать вашу ультразвуковую систему смешивания с оптимальным соответствием требованиям вашего процесса. Все сонотроды и реакторы, которые являются единственными деталями, контактирующими со средой, пригодны для CIP/SIP (очистки и стерилизации на месте).
Ультразвуковые смесители с высоким сдвигом с передовыми функциями
Hielscher Ultrasonics уделяет особое внимание высокопроизводительным дезинтеграторам для разрушения клеток, обеспечивающим наивысшее удобство использования и самые современные технические достижения. Это означает, что стандарты лабораторных дезинтеграторов Hielscher всё больше приближаются к уровню интеллектуальных функций промышленного оборудования. Пользователь может управлять цифровыми ультразвуковыми устройствами 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 виде файла CSV на встроенную SD-карту. Кроме того, ультразвуковой дезинтегратор можно запрограммировать на автоматическое отключение по истечении заданного времени или после передачи определённого количества энергии, а также запрограммировать импульсные режимы обработки ультразвуком. Подключаемые датчики температуры и давления позволяют тщательно отслеживать условия обработки образца. Поскольку контроль температуры термочувствительных материалов имеет решающее значение для качества результатов процесса, Hielscher предлагает различные решения для поддержания температуры процесса в заданном диапазоне.
Передовые функции ультразвуковых устройств Hielscher обеспечивают высочайший уровень контроля процесса, надёжные и воспроизводимые результаты обработки ультразвуком, удобство использования и комфорт в работе.
Качество – сделано в Германии
Будучи семейным предприятием, находящимся в семейном управлении, Hielscher уделяет первостепенное внимание высочайшим стандартам качества своих ультразвуковых процессоров. Все ультразвуковые устройства разрабатываются, производятся и тщательно испытываются в нашей штаб-квартире в Тельтове недалеко от Берлина, Германия. Прочность и надёжность ультразвукового оборудования Hielscher делают его рабочей лошадкой вашего производства. Работа в режиме 24/7 при полной нагрузке и в сложных условиях является естественной характеристикой высокопроизводительных смесителей Hielscher.
Вы можете приобрести ультразвуковые смесители Hielscher с высоким сдвигом любого размера и в конфигурации, соответствующей вашему процессу. От обработки жидкостей в небольшом лабораторном стакане до непрерывного проточного смешивания суспензий в промышленном масштабе – Hielscher Ultrasonics предлагает подходящий смеситель с высоким сдвигом для вас! Свяжитесь с нами – мы будем рады порекомендовать вам идеальную конфигурацию ультразвукового смесителя!
Таблица ниже даёт представление о приблизительной производительности наших ультразвуковых устройств:
| Объём партии | Расход | Рекомендуемые устройства |
|---|---|---|
| от 1 до 500mL | от 10 до 200mL/min | UP100H |
| от 10 до 2000mL | от 20 до 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| от 0,1 до 20L | от 0,2 до 4L/min | UIP2000hdT |
| от 10 до 100L | от 2 до 10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | от 10 до 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | больше | кластер из UIP16000 |
Свяжитесь с нами! / Задайте нам вопрос!
Мощные ультразвуковые гомогенизаторы в масштабах от лабораторного до пилотного и промышленного .
Полезные сведения
Ультразвуковые устройства и их использование в качестве смесителей с высоким сдвигом
Ультразвуковые устройства с зондом характеризуются передачей ультразвуковых колебаний через ультразвуковой зонд в обрабатываемую среду. Зонд, также известный как сонотрод, представляет собой титановый стержень, который вибрирует с ультразвуковой частотой, например 20kHz. Вибрация с частотой 20 kHz означает, что горизонтальная поверхность зонда расширяется и сжимается 20 000 раз в секунду. Эти быстрые движения в ультразвуковом диапазоне частот на конце зонда передаются в жидкость. В жидкости ультразвуковые волны распространяются через среду и создают чередующиеся циклы высокого / низкого давления. Во время цикла низкого давления возникают мельчайшие вакуумные пузырьки, которые растут в течение нескольких циклов давления, пока не достигают состояния, в котором больше не могут поглощать энергию. В момент максимального роста кавитационный пузырёк резко схлопывается. Имплозия создаёт поле с высокой плотностью энергии, очень высокими температурами и давлениями, соответствующими перепадами температуры и давления, потоками жидкости со скоростями до 180m/sec и турбулентностью. Эта кавитационная энергия оказывает сильное воздействие на жидкости и суспензии, обеспечивая исключительные результаты перемешивания, смешивания, измельчения, диспергирования и эмульгирования. Ультразвуковые смесители с высоким сдвигом легко образуют наноразмерные частицы и капли с очень узким распределением частиц / капель по размеру.
Узнайте здесь, чем обработка с использованием ультразвуковой / акустической кавитации отличается от обработки с использованием гидродинамической кавитации!
Типичные отрасли применения ультразвуковых смесителей с высоким сдвигом
- Диспергирование, растворение и смешивание составов типа «твёрдое вещество/жидкость»
- Эмульгирование
- Материаловедение
- Подготовка образцов перед анализом
- Применение наночастиц
- Функционализация частиц
- Реакции межфазного переноса
Литература / источники
- 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.