Ultrazvuková dezintegrácia: zmáčanie, rozpúšťanie, dispergácia
Ultrazvukové integrátory sa široko používajú na navlhčenie, rozptýlenie alebo rozpúšťanie častíc a práškov do kvapalín. Vysokovýkonné ultrazvukové prístroje vytvárajú intenzívne šmykové sily, ktoré rozbíjajú a rozbíjajú agregáty, aglomeráty a primárne častice na mikroskopickú alebo nanoveľkosť. Rovnomerné spracovanie častíc v akustickom kavitačnom poli má za následok úzke rozloženie častíc a rovnomerný povrch častíc.
Ultrazvukové dezintegrátory a ich aplikácie
Ultrazvukové dezintegrátory poskytujú intenzívne šmykové sily, ktoré vytvárajú požadovaný vplyv na pevné látky, ako sú častice, kryštály a vlákna, aby ich narušili a rozložili na cieľovú veľkosť, napr. mikrónovú alebo nanoveľkosť. V porovnaní s alternatívnymi metódami dezintegrácie, ako sú lopatkové miešačky s vysokým strihom, vysokotlakové homogenizátory, guľôčkové mlyny, mikrofluidizátory atď., ultrazvukové dezintegrátory ponúkajú niektoré hlavné výhody.
Výhody ultrazvukových dezintegrátorov
- Vysoko intenzívna kavitácia a strih
- Rovnomerné spracovanie častíc
- Vysoké koncentrácie pevných látok
- Žiadne trysky / žiadne upchávanie
- Nie je potrebné žiadne mlecie médium (t. j. guľôčky)
- lineárna škálovateľnosť
- Ľahký & bezpečná prevádzka
- Jednoduché čistenie
- Čas- & energeticky efektívne
Ultrazvukové prietokové reaktory pre priemyselnú inline výrobu nanočasticových suspenzí.
Vysoké turbulencie vytvorené ultrazvukom zvyšujú prenos hmoty medzi fázami a tým podporujú rozpúšťanie práškov alebo heterogénne chemické reakcie. Vďaka tomu sú ultrazvukové dezintegrátory preferovaným nástrojom na zintenzívnenie procesov, ako je frézovanie, dispergovanie, emulgácia a rozpúšťanie.
Prečítajte si viac o ultrazvukovej intenzifikácii chemických reakcií (sonochémia)!
Aplikácie ultrazvukových dezintegrátorov
- Frézovanie & Brúsenie
- Deaglomerácia & rozptyl
- emulgácia
- Rozpúšťanie práškov
- Zlepšenie prenosu hmoty
- Sonochemické reakcie
Ultrazvukové dezintegrátory na zmenšenie veľkosti častíc
Ultrazvukové dezintegrátory sa používajú na zmenšenie veľkosti častíc a distribúciu častíc, či už to znamená skutočné rozdrvenie primárnych častíc (označované ako mletie) alebo rozbitie aglomerátov (označované ako deaglomerácia / disperzia).
Distribúcia veľkosti častíc a snímky SEM Mg2Si pred a po ultrazvukovom mletí (UM). a) distribúcia veľkosti častíc; (b) Obraz SEM pred ultrazvukovým frézovaním; (c) Obraz SEM po ultrazvukovom frézovaní v 50% PVP–50% EtOH počas 2 hodín.
zdroj: Marquez-Garcia et al. 2015
Ultrazvukové dezintegrátory na frézovanie & Brúsenie
Ultrazvukom generovaná kavitácia vytvára intenzívne šmykové sily a tým súvisiacu medziskupinovú kolíziu. Pevné látky v kale pôsobia ako mleté médium (porovnateľné s guľôčkami alebo perlami v guľôčkovom / perlovom mlyne): Urýchľujú sa kavitačnými prúdmi kvapaliny, ktoré ľahko dosahujú rýchlosť až 180 m/s. Keď sa častice stretnú takou obrovskou rýchlosťou, rozbijú sa a rozbijú na mikrónové a nanofragmenty. Ultrazvukové dezintegrátory môžu dokonca rozbiť primárne častice. Ultrazvukové prietokové bunkové reaktory zabezpečujú rovnomerné spracovanie všetkých častíc, takže ultrazvukové mletie vedie k úzkej distribúcii veľkosti častíc.
Kliknite sem a dozviete sa viac o ultrazvukovom frézovaní!
Ultrazvukové dezintegrátory pre deaglomeráciu & rozptyl
Parametre ultrazvukového procesu môžu byť veľmi presne riadené, takže ultrazvukové dezintegrátory môžu frézovať primárne častice pri použití vysokých amplitúd a zvýšeného tlaku. Na druhej strane, ultrazvukové dezintegračné systémy môžu byť prevádzkované aj pri nižších amplitúdach a miernejších podmienkach, takže štruktúra častíc a povrch zostávajú nedotknuté, ale aglomeráty sa rozpadajú a jednotlivé častice sú rovnomerne rozložené v suspenzii.
Kliknite sem a dozviete sa viac o ultrazvukovej deaglomerácii a disperzii!
Ultrazvukové dezintegrátory na emulgáciu
Keď sú dve nemiešateľné kvapaliny (napr. voda a olej) sonikované, ultrazvuková kavitácia naruší kvapôčky – vytvára veľmi malé kvapôčky dvoch nemiešateľných fáz, ktoré sa potom zmiešajú. Keďže ultrazvukové dezintegrátory ľahko produkujú kvapôčky nanoveľkosti, stabilizované ultrazvukové emulzie vykazujú dlhodobú stabilitu a jasný priehľadný vzhľad.
Kliknite sem a prečítajte si viac o ultrazvukovej nanoemulzifikácii!
Ultrazvukové dezintegrátory na rozpúšťanie
Ultrazvukové dezintegrátory sa používajú na rozpúšťanie prášku a tabliet rýchlym, jednoduchým a bezpečným postupom. Ultrazvukom generovaná kavitácia eroduje povrch pevných látok a transportuje erodované úlomky do kvapaliny, čím vzniká homogénny roztok.
Vo farmaceutickom priemysle je rozpúšťanie tabliet každodennou úlohou, napr. na analytické účely. Keď sú tablety vystavené vodnému prostrediu, tableta sa rozpúšťa pomaly vo veľmi časovo náročnom procese. Aj pri použití bežného miešadla alebo čepelového miešadla zostáva úplné rozpustenie tabliet časovo náročné. Ultrazvuková kavitácia a jej mimoriadne intenzívne šmykové sily oddeľujú častice od tablety a transportujú ich do riedidla, čím nepretržite prebieha prenos hmoty medzi povrchom tablety a čerstvým, nenasýteným riedidlom. Vďaka tomu je ultrazvukové rozpúšťanie mimoriadne rýchlym a efektívnym procesom, ktorý pomáha urýchliť rozpúšťanie liečiva.
Kliknite sem a prečítajte si viac o ultrazvukovom rozpúšťaní!
Ako funguje mechanický dezintegrátor?
Ultrazvukové laboratórne dezintegrátory používajú rovnaký mechanický princíp ako priemyselné dezintegrátory. Miešacie systémy dezintegrátorov rozkladajú aglomeráty a kamenivo, rozpúšťajú pevné látky alebo rozptyľujú pevné častice v kvapalných zmesiach. Ultrazvuková dezintegrácia zahŕňa ultrazvukovú sondu s vysokou intenzitou v dávkovej nádrži alebo v reaktore s prietokovými bunkami v linke. Sonda (sonotroda) ultrazvukového dezintegrátora vibruje v kvapaline veľmi vysokou frekvenciou a vytvára v kvapaline intenzívnu ultrazvukovú kavitáciu. Každý kolaps kavitačnej bubliny má za následok silné šmykové sily, ktoré rozbíjajú aglomeráty, agregáty a dokonca aj primárne častice. Ultrazvuková kavitácia tiež vytvára vysokorýchlostné kavitačné prúdenie rýchlosťou až 1000 km/h. Kavitačné kvapalné prúdy narážajú na aglomeráty častíc, rozbíjajú bunkové steny, zlepšujú prenos materiálu v suspenzii a rozptyľujú pevné látky v celom objeme kvapaliny. V ultrazvukovom kavitačnom poli sa tlaky rýchlo a opakovane striedajú medzi vákuom a až do 1000 barov. Rotačný mixér so 4 lopatkami mixéra by musel pracovať pri ohromujúcich 300 000 ot./min., aby dosiahol rovnakú frekvenciu striedavých tlakových cyklov. Konvenčné rotačné miešadlá a rotor-statorové miešadlá nevytvárajú významné množstvo kavitácie kvôli ich obmedzeniu rýchlosti.
Zaujíma vás syntéza nanočastíc zdola nahor? – Kliknite sem a prečítajte si viac!
Ultrazvukový dezintegrátor UIP2000hdT pre disperzie častíc v reaktore z nehrdzavejúcej ocele
Laboratórne ultrazvukové dezintegrátory
Ultrazvukové prístroje sondového typu sú veľmi užitočným nástrojom v každom laboratóriu. Ultrazvuková sonda (tiež známa ako sonotroda) je titánová tyč s jednoduchou geometriou a ľahko čistiteľnou, ktorá spája ultrazvukové vibrácie do kvapaliny. Spoločnosť Hielscher vyrába ultrazvukové sondy a hroty v širokej škále veľkostí. Pre najbežnejší rozpad pevných látok v laboratóriu sú veľmi užitočné ultrazvukové sondy s priemerom hrotu 3, 7, 14 alebo 22 mm. K dispozícii sú aj iné veľkosti sond a ultrazvukové sondy vlastnej veľkosti. Typické ultrazvukové prístroje na laboratórny rozpad sa pohybujú od 100 do 400 wattov ultrazvukového výkonu.
Priemyselné ultrazvukové dezintegrátory
Priemyselné dezintegrátory Hielscher sú vysokovýkonné ultrazvukové procesory určené na náročnú nepretržitú dezintegráciu veľkých prúdov kalu. Tieto priemyselné systémy ľahko zvládnu vysoké koncentrácie pevných látok. Priemyselné ultrazvukové sondy sú vybavené prírubou, ktorú je možné namontovať na oceľové nádrže, sklenené reaktory alebo plastové nádoby v akejkoľvek orientácii. Natlakovanie sonikovacej nádoby alebo prietokovej bunky zintenzívňuje akustickú kavitáciu a tým aj proces sonikácie. Typické ultrazvukové priemyselné dezintegračné zariadenia sa pohybujú od 1000 do 16 000 wattov ultrazvukového výkonu na sonotródu.
Odvetvia, kde sa ultrazvukový rozpad bežne vyskytuje:
- Dispergovanie, rozpúšťanie, miešanie pevných/kvapalných formulácií
- Veda o materiáloch
- Príprava vzorky pred analýzou
- Aplikácie nanočastíc
- Funkcionalizácia častíc
- Reakcie fázového prenosu
- Kryštalizácia / zrážanie
- spracovanie potravín
- Papierenský priemysel
- Trávenie biomasy
Ako kúpiť správny ultrazvukový dezintegrátor?
Hielscher Ultrasonics je dlhoročný skúsený výrobca vysokovýkonných ultrazvukových dezintegrátorov, ktoré sa používajú na rozptýlenie a rozbíjanie častíc alebo na rozpúšťanie práškov v kvapalinách. Ako líder na trhu spoločnosť Hielscher navrhuje, vyrába a distribuuje ultrazvukové dezintegrátory a homogenizátory od laboratórnych a stolových doplnkov až po plne priemyselné meradlo.
Pomôžeme vám odpovedať na nasledujúce otázky, aby ste našli najvhodnejší ultrazvukový dezintegrátor pre vašu aplikáciu a potreby:
- Aká je vaša cieľová aplikácia?
- Aký je typický objem, ktorý sa musí spracovať?
- Aké sú kritické faktory procesu?
- Aké sú normy kvality, ktoré je potrebné dosiahnuť?
Náš dobre vyškolený a skúsený personál vám pomôže s akýmikoľvek otázkami a koncepciou vášho procesu. Spoločnosť Hielscher Ultrasonics ponúka hĺbkové poradenstvo v oblasti ultrazvukových procesov, ktoré našim zákazníkom pomôžu nájsť optimálne ultrazvukové zariadenie. Služby spoločnosti Hielscher sa tu však nekončia, zákazníkov školíme buď v ich zariadeniach, alebo v našom ultrazvukovom procesnom laboratóriu a technickom centre, aby sme im pomohli pri vývoji, optimalizácii a rozširovaní procesov.
Hielscher Ultrasonics’ Priemyselné ultrazvukové procesory ľahko dodávajú veľmi vysoké amplitúdy, ktoré sú potrebné na rozbitie tvrdých častíc a aglomerátov alebo na spracovanie kalov s vysokou koncentráciou pevných látok. Priemyselné dezintegrátory Hielscher je možné prevádzkovať s amplitúdami až 200 μm nepretržite v prevádzke 24 hodín denne, 7 dní v týždni. Pre ešte vyššie amplitúdy sú k dispozícii prispôsobené ultrazvukové sonotródy. Ďalšie príslušenstvo, ako sú posilňovacie klaksóny, prietokové články, ultrazvukové reaktory a kompletné recirkulačné nastavenia, je ľahko dostupné a umožňuje nakonfigurovať váš ultrazvukový systém špecifikovaný podľa požiadaviek vášho procesu.
Sofistikované ultrazvukové dezintegrátory a rozpúšťače
Spoločnosť Hielscher Ultrasonics sa zameriava na vysokovýkonné dezintegrátory s najvyššou užívateľskou prívetivosťou a najmodernejším technickým pokrokom. To znamená, že štandardy laboratórnych dezintegrátorov spoločnosti Hielscher sa čoraz viac prispôsobujú inteligencii priemyselných strojov. Používateľ môže ovládať digitálne ultrazvuky Hielscher pomocou diaľkového ovládača prehliadača. Softvér na automatické zaznamenávanie údajov zapisuje všetky dôležité ultrazvukové parametre, ako je čistý výkon, celkový výkon, amplitúda, teplota, tlak, čas a dátum ako súbor CSV na vstavanú SD kartu. Okrem toho je možné ultrazvukový dezintegrátor naprogramovať na automatické vypnutie po stanovenom čase alebo špecifickom energetickom vstupe alebo naprogramovať pulzujúce režimy sonikácie. Zásuvné snímače teploty a tlaku umožňujú dôkladné sledovanie podmienok vzorky. Keďže regulácia teploty materiálov citlivých na teplo je rozhodujúcim faktorom pre kvalitu výsledkov procesu, spoločnosť Hielscher ponúka rôzne riešenia na udržanie procesnej teploty v cieľovom teplotnom rozsahu.
Sofistikované funkcie ultrazvukových prístrojov Hielscher zaisťujú najvyššiu kontrolu procesu, spoľahlivé a reprodukovateľné výsledky sonikácie, užívateľskú prívetivosť a pracovný komfort.
Hielscher Ultrasonics’ Priemyselné ultrazvukové procesory môžu poskytovať veľmi vysoké amplitúdy. Amplitúdy až 200 μm je možné ľahko nepretržite prevádzkovať v prevádzke 24 hodín denne, 7 dní v týždni. Pre ešte vyššie amplitúdy sú k dispozícii prispôsobené ultrazvukové sonotródy. Schopnosť prevádzkovať také vysoké amplitúdy umožňuje našim zákazníkom efektívne frézovať primárne častice na nanoveľkosť. Robustnosť ultrazvukového zariadenia Hielscher umožňuje prevádzku 24 hodín denne, 7 dní v týždni pri náročných nákladoch a v náročných prostrediach.
Prečítajte si viac o ultrazvukových rozpúšťačoch a rozpúšťačoch!
kvalita – Vyrobené v Nemecku
Ako rodinný a rodinný podnik je Hielscher hrdý na vysokú kvalitu svojich ultrazvukových procesorov. Všetky ultrazvukové prístroje sú navrhnuté, vyrobené a testované v našom sídle v Teltowe pri Berlíne v Nemecku. Robustnosť ultrazvukového zariadenia Hielscher umožňuje prevádzku 24 hodín denne, 7 dní v týždni pri náročných nákladoch a v náročných prostrediach.
Ultrazvukové dezintegrátory Hielscher si môžete kúpiť vo všetkých rôznych veľkostiach a cenové rozpätie ponúka cenovo dostupný ultrazvuk zodpovedajúci vášmu rozpočtu. Od rozpadu častíc v malých laboratórnych liekovkách až po kontinuálny prietokový rozpad kalov v priemyselnej výrobe, Hielscher Ultrasonics má pre vás vhodný dezintegrátor! Kontaktujte nás – Sme radi, že vám môžeme odporučiť najvhodnejší ultrazvuk!
Nasledujúca tabuľka vám poskytuje približnú kapacitu spracovania našich ultrazvukových prístrojov:
| Objem dávky | Prietok | Odporúčané zariadenia |
|---|---|---|
| 1 až 500 ml | 10 až 200 ml/min | UP100H |
| 10 až 2000 ml | 20 až 400 ml/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 až 20 l | 00,2 až 4 l/min | UIP2000hdT |
| 10 až 100 l | 2 až 10 l/min | UIP4000hdT |
| N.A. | 10 až 100 l/min | UIP16000 |
| N.A. | väčší | Zhluk UIP16000 |
Kontaktujte nás! / Opýtajte sa nás!
Vysokovýkonné ultrazvukové homogenizátory od laboratórium do pilot a priemyselný stupnica.
Literatúra / Referencie
- 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.
- Renata Tomczak-Wandzel, Svetlana Ofverstrom, Regimantas Dauknys, Krystyna Mędrzycka (2011): Effect of Disintegration Pretreatment of Sewage Sludge for Enhanced Anaerobic Digestion. ENVIRONMENTAL ENGINEERING The 8th International Conference May 19–20, 2011, Vilnius, Lithuania.