Ultrazvuková dezintegrácia: zmáčanie, rozpúšťanie, dispergovanie

Ultrazvukové dezintegrátory sa široko používajú na zmáčanie, dispergovanie alebo rozpúšťanie častíc a práškov v kvapalinách. Vysokovýkonné ultrazvukové prístroje vytvárajú intenzívne šmykové sily, ktoré rozbíjajú a drvia agregáty, aglomeráty a primárne častice na mikroskopické alebo nanometrové rozmery. Rovnomerné spracovanie častíc v poli akustickej kavitácie vedie k úzkej distribúcii veľkosti častíc a rovnomernému povrchu častíc.

Ultrazvukové dezintegrátory a ich použitie

Ultrazvukové dezintegrátory vytvárajú intenzívne šmykové sily, ktoré zabezpečujú potrebné pôsobenie na pevné látky, ako sú častice, kryštály a vlákna, aby ich narušili a rozbili na cieľovú veľkosť, napr. mikrometrové alebo nanometrové rozmery. V porovnaní s alternatívnymi metódami dezintegrácie, ako sú lopatkové miešače s vysokým šmykom, vysokotlakové homogenizátory, guľôčkové mlyny, mikrofluidizéry atď., ponúkajú ultrazvukové dezintegrátory niekoľko významných výhod.

Výhody ultrazvukových dezintegrátorov

• Kavitácia a šmyk s vysokou intenzitou
• Rovnomerné spracovanie častíc
• Vysoké koncentrácie pevných látok
• Žiadne dýzy / žiadne upchávanie
• Nie je potrebné mlecie médium (t. j. guľôčky)
• Lineárna škálovateľnosť
• Jednoduchá a bezpečná obsluha
• Jednoduché čistenie
• Časová a energetická efektívnosť

 

Princíp fungovania ultrazvukových sondových dezintegrátorov je založený na vytváraní akustickej kavitácie. Prostredníctvom ultrazvukovej sondy sa do procesného média (t. j. kvapaliny alebo suspenzie) prenášajú ultrazvukové vlny s vysokou intenzitou. Ultrazvukové vlny sa šíria kvapalinou, kde vytvárajú striedajúce sa cykly vysokého a nízkeho tlaku. Počas cyklov nízkeho tlaku vznikajú drobné vákuové bubliny, takzvané kavitačné bubliny. Tieto kavitačné bubliny rastú počas niekoľkých tlakových cyklov, až kým nedosiahnu veľkosť, pri ktorej už nedokážu absorbovať ďalšiu energiu. V tomto okamihu kavitačné bubliny prudko implodujú a lokálne vytvárajú extrémne podmienky, ako sú veľmi vysoké teploty, tlaky, extrémne rozdiely teploty a tlaku (v dôsledku vysokej rýchlosti ohrevu / ochladzovania a kolísania tlaku), mikroturbulencie a prúdy kvapaliny s rýchlosťami až 180m/s. Tieto podmienky majú výrazné mechanické účinky na častice v médiu, pretože vysokorýchlostné prúdy kvapaliny urýchľujú častice v médiu tak, že sa častice navzájom zrážajú. Pri vzájomných zrážkach častíc dochádza k erózii, rozbíjaniu a fragmentácii pevnej hmoty (napr. častíc, vlákien, buniek) na úlomky mikrometrových a nanometrových rozmerov.
Intenzívne turbulencie vytvárané pôsobením ultrazvuku zvyšujú prenos hmoty medzi fázami, a tým podporujú rozpúšťanie práškov alebo heterogénne chemické reakcie. Vďaka tomu sú ultrazvukové dezintegrátory preferovaným nástrojom na intenzifikáciu procesov, ako sú mletie, dispergovanie, emulgácia a rozpúšťanie.

Prečítajte si viac o ultrazvukovej intenzifikácii chemických reakcií (sonochémii)!

Použitie ultrazvukových dezintegrátorov

• Mletie a drvenie
• Deaglomerácia a dispergovanie
• Emulgácia
• Rozpúšťanie práškov
• Zlepšenie prenosu hmoty
• Sonochemické reakcie

Ultrazvukové dezintegrátory na zmenšovanie veľkosti častíc

Ultrazvukové dezintegrátory sa používajú na zmenšovanie veľkosti častíc a distribúciu častíc, či už ide o skutočné rozomieľanie primárnych častíc (označované ako mletie), alebo o rozbíjanie aglomerátov (označované ako deaglomerácia / dispergovanie).

Ultrazvukové dezintegrátory na mletie a drvenie

Ultrazvukom generovaná kavitácia vytvára intenzívne šmykové sily a s nimi súvisiace zrážky medzi časticami. Pevné látky v suspenzii pôsobia ako mlecie médium (porovnateľné s guľôčkami alebo perlami v guľôčkovom / perlovom mlyne): urýchľujú ich kavitačné prúdy kvapaliny, ktoré ľahko dosahujú rýchlosti až 180m/s. Keď sa častice navzájom zrážajú takouto obrovskou rýchlosťou, lámu sa a trieštia na fragmenty mikrometrovej a nanometrovej veľkosti. Ultrazvukové dezintegrátory dokážu rozbíjať aj primárne častice. Ultrazvukové reaktory s prietokovou celou zabezpečujú rovnomerné spracovanie všetkých častíc, takže výsledkom ultrazvukového mletia je úzka distribúcia veľkosti častíc.
Kliknite sem a zistite viac o ultrazvukovom mletí!

Ultrazvukové dezintegrátory na deaglomeráciu a dispergovanie

Parametre ultrazvukového procesu možno veľmi presne regulovať, takže ultrazvukové dezintegrátory dokážu pri použití vysokých amplitúd a zvýšeného tlaku mlieť primárne častice. Na druhej strane možno ultrazvukové dezintegračné systémy prevádzkovať aj pri nižších amplitúdach a miernejších podmienkach, takže štruktúra a povrch častíc zostávajú neporušené, ale aglomeráty sa rozrušujú a jednotlivé častice sa rovnomerne rozptyľujú v suspenzii.
Kliknite sem a zistite viac o ultrazvukovej deaglomerácii a dispergovaní!

Ultrazvukové dispergovanie pyrogénneho oxidu kremičitého: Ultrazvukový homogenizátor Hielscher UP400S rýchlo a účinne disperguje práškový oxid kremičitý na jednotlivé nanočastice.

Ultrazvukové dezintegrátory na emulgáciu

Pri sonikácii dvoch nemiešateľných kvapalín (napr. vody a oleja) ultrazvuková kavitácia rozrušuje kvapôčky – čím vznikajú veľmi malé kvapôčky oboch nemiešateľných fáz, ktoré sa následne zmiešajú. Keďže ultrazvukové dezintegrátory ľahko vytvárajú kvapôčky nanometrovej veľkosti, stabilizované ultrazvukové emulzie vykazujú dlhodobú stabilitu a číry, priehľadný vzhľad.
Kliknite sem a prečítajte si viac o ultrazvukovej nanoemulgácii!

Ultrazvukové dezintegrátory na rozpúšťanie

Ultrazvukové dezintegrátory sa používajú na rozpúšťanie prášku a tabliet rýchlym, jednoduchým a bezpečným postupom. Ultrazvukom generovaná kavitácia narúša povrch pevných látok a prenáša uvoľnené fragmenty do kvapaliny, čím vytvára homogénny roztok.
Vo farmaceutickom priemysle je rozpúšťanie tabliet každodennou úlohou, napr. na analytické účely. Keď sa tablety vystavia vodnému prostrediu, tableta sa rozpúšťa pomaly vo veľmi časovo náročnom procese. Aj pri použití bežného miešadla alebo lopatkového miešadla zostáva úplné rozpustenie tabliet časovo náročné. Ultrazvuková kavitácia a jej mimoriadne intenzívne šmykové sily oddeľujú častice od tablety a prenášajú ich do riedidla, čím nepretržite udržiavajú prenos hmoty medzi povrchom tablety a čerstvým, nenasýteným riedidlom. Vďaka tomu je ultrazvukové rozpúšťanie mimoriadne rýchly a účinný proces, ktorý pomáha urýchliť rozpúšťanie liečiv.
Kliknite sem a prečítajte si viac o ultrazvukovom rozpúšťaní!

Rozpúšťanie je jednou z mnohých aplikácií výkonového ultrazvuku. Video predvádza rýchle rozpúšťanie želé cukríkov vo vode pomocou zariadenia Hielscher UP200St.

Ako funguje mechanický dezintegrátor?

Laboratórne ultrazvukové dezintegrátory využívajú rovnaký mechanický princíp ako priemyselné dezintegrátory. Miešacie systémy s dezintegrátormi rozrušujú aglomeráty a agregáty, rozpúšťajú tuhé látky alebo dispergujú tuhé častice v kvapalných zmesiach. Pri ultrazvukovej dezintegrácii sa používa vysokointenzívna ultrazvuková sonda v dávkovej nádrži alebo v prietokovom reaktore zaradenom priamo do procesnej linky. Sonda (sonotróda) ultrazvukového dezintegrátora kmitá v kvapaline s veľmi vysokou frekvenciou a vytvára v nej intenzívnu ultrazvukovú kavitáciu. Každý kolaps kavitačnej bubliny vyvoláva silné šmykové sily, ktoré rozbíjajú aglomeráty, agregáty a dokonca aj primárne častice. Ultrazvuková kavitácia tiež vytvára vysokorýchlostné kavitačné prúdenie s rýchlosťou až 1000km/h. Kavitačné prúdy kvapaliny narážajú na aglomeráty častíc, rozrušujú bunkové steny, zlepšujú prenos látok v suspenzii a dispergujú tuhé látky v celom objeme kvapaliny. V poli ultrazvukovej kavitácie sa tlak rýchlo a opakovane mení medzi vákuom a hodnotami až 1000bar. Rotačné miešadlo so 4 lopatkami by muselo pracovať pri závratných 300 000 otáčkach za minútu, aby dosiahlo rovnakú frekvenciu striedania tlakových cyklov. Bežné rotačné miešadlá a rotorovo-statorové miešadlá nevytvárajú významné množstvo kavitácie v dôsledku obmedzenia ich otáčok.

Zaujíma vás syntéza nanočastíc metódou zdola nahor? – Kliknite sem a prečítajte si viac!

Laboratórne ultrazvukové dezintegrátory

Ultrazvukové zariadenia so sondou sú veľmi užitočným nástrojom v každom laboratóriu. Ultrazvuková sonda (známa aj ako sonotróda) je ľahko čistiteľná titánová tyč s jednoduchou geometriou, ktorá prenáša ultrazvukové kmity do kvapaliny. Hielscher vyrába ultrazvukové sondy a hroty v širokej škále veľkostí. Na najbežnejšiu dezintegráciu tuhých látok v laboratóriu sú veľmi užitočné ultrazvukové sondy s priemerom hrotu 3, 7, 14 alebo 22mm. K dispozícii sú aj iné veľkosti sond a ultrazvukové sondy s rozmermi na mieru. Typické ultrazvukové zariadenia na laboratórnu dezintegráciu majú ultrazvukový výkon od 100 do 400 wattov.

Priemyselné ultrazvukové dezintegrátory

Priemyselné dezintegrátory Hielscher sú vysokovýkonné ultrazvukové procesory navrhnuté na nepretržitú dezintegráciu veľkých prúdov suspenzií v náročných prevádzkových podmienkach. Tieto priemyselné systémy dokážu ľahko spracovať vysoké koncentrácie tuhých látok. Priemyselné ultrazvukové sondy sú vybavené prírubou, ktorú možno namontovať na oceľové nádrže, sklenené reaktory alebo plastové nádoby v ľubovoľnej orientácii. Zvýšenie tlaku v sonikačnej nádobe alebo prietokovej cele zintenzívňuje akustickú kavitáciu, a tým aj proces sonikácie. Typické priemyselné ultrazvukové zariadenia na dezintegráciu majú ultrazvukový výkon od 1000 do 16 000 wattov na jednu sonotródu.

Odvetvia, v ktorých sa ultrazvuková dezintegrácia bežne využíva:

• Dispergovanie, rozpúšťanie a miešanie formulácií s tuhou a kvapalnou zložkou
• Materiálová veda
• Príprava vzoriek pred analýzou
• Aplikácie nanočastíc
• Funkcionalizácia častíc
• Reakcie s fázovým prenosom
• Kryštalizácia / Zrážanie
• Spracovanie potravín
• Papierenský priemysel
• Digescia biomasy

Ako kúpiť správny ultrazvukový dezintegrátor?

Hielscher Ultrasonics je výrobca s dlhoročnými skúsenosťami s vysokovýkonnými ultrazvukovými dezintegrátormi, ktoré sa používajú na dispergovanie 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 zariadení až po zariadenia pre plný priemyselný rozsah.

Pomôžeme vám zodpovedať 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 normy kvality sa musia dosiahnuť?

Náš dôkladne vyškolený a skúsený personál vám pomôže so všetkými otázkami a s návrhom vášho procesu. Hielscher Ultrasonics ponúka podrobné poradenstvo v oblasti ultrazvukových procesov, aby našim zákazníkom pomohol nájsť optimálne ultrazvukové zariadenie. Služby spoločnosti Hielscher sa však týmto nekončia: školíme zákazníkov buď v ich prevádzkach, alebo v našom laboratóriu ultrazvukových procesov a technickom centre, aby sme im pomohli pri vývoji, optimalizácii a zväčšovaní mierky procesov.
Priemyselné ultrazvukové procesory spoločnosti Hielscher Ultrasonics ľahko dosahujú veľmi vysoké amplitúdy, ktoré sú potrebné na rozbíjanie tvrdých častíc a aglomerátov alebo na spracovanie suspenzií s vysokou koncentráciou tuhých látok. Priemyselné dezintegrátory Hielscher môžu nepretržite pracovať s amplitúdami až do 200µm v režime 24/7. Pre ešte vyššie amplitúdy sú k dispozícii ultrazvukové sonotródy vyrobené na mieru. Ďalšie príslušenstvo, ako sú zosilňovače amplitúdy, prietokové cely, sonikačné reaktory a kompletné recirkulačné zostavy, je ľahko dostupné a umožňuje nakonfigurovať váš ultrazvukový systém podľa požiadaviek vášho procesu.

Sofistikované ultrazvukové dezintegrátory a rozpúšťacie zariadenia

Hielscher Ultrasonics sa zameriava na vysokovýkonné dezintegrátory s najvyššou mierou používateľskej prívetivosti a najmodernejšími technickými inováciami. To znamená, že štandardy laboratórnych dezintegrátorov Hielscher sa čoraz viac približujú inteligentným funkciám priemyselných strojov. Používateľ môže digitálne ultrazvukové zariadenia Hielscher ovládať na diaľku prostredníctvom prehliadača. Softvér na automatický záznam údajov zapisuje všetky dôležité ultrazvukové parametre, ako sú čistý výkon, celkový výkon, amplitúda, teplota, tlak, čas a dátum, vo forme súboru CSV na zabudovanú kartu SD. Ultrazvukový dezintegrátor možno navyše naprogramovať na automatické vypnutie po uplynutí stanoveného času alebo po dodaní určitého množstva energie, prípadne možno naprogramovať režimy pulznej sonikácie. Pripojiteľné snímače teploty a tlaku umožňujú dôkladne sledovať podmienky vzorky. Keďže regulácia teploty materiálov citlivých na teplo je rozhodujúcim faktorom kvality výsledkov procesu, Hielscher ponúka rôzne riešenia na udržanie procesnej teploty v cieľovom teplotnom rozsahu.
Sofistikované funkcie ultrazvukových zariadení Hielscher zaručujú najvyššiu mieru kontroly nad procesom, spoľahlivé a reprodukovateľné výsledky sonikácie, používateľskú prívetivosť a pracovný komfort.
Priemyselné ultrazvukové procesory spoločnosti Hielscher Ultrasonics dokážu dosahovať veľmi vysoké amplitúdy. Pri amplitúdach až do 200µm možno ľahko nepretržite pracovať v režime 24/7. Pre ešte vyššie amplitúdy sú k dispozícii ultrazvukové sonotródy vyrobené na mieru. Schopnosť pracovať s takýmito vysokými amplitúdami umožňuje našim zákazníkom účinne mlieť primárne častice na nanometrovú veľkosť. Robustnosť ultrazvukových zariadení Hielscher umožňuje prevádzku v režime 24/7 pri veľkom zaťažení a v náročných prostrediach.
Prečítajte si viac o ultrazvukovom rozpúšťaní a rozpúšťacích zariadeniach!

Kvalita – vyrobené v Nemecku

Ako rodinná spoločnosť, ktorú vlastní a riadi rodina, je Hielscher hrdý na vysokú kvalitu svojich ultrazvukových procesorov. Všetky ultrazvukové zariadenia sa navrhujú, vyrábajú a testujú v našom sídle v Teltowe neďaleko Berlína v Nemecku. Robustnosť ultrazvukových zariadení Hielscher umožňuje prevádzku v režime 24/7 pri veľkom zaťažení a v náročných prostrediach.

Ultrazvukové dezintegrátory Hielscher si môžete kúpiť vo všetkých rôznych veľkostiach a cenové rozpätie ponúka cenovo dostupné ultrazvukové zariadenie zodpovedajúce vášmu rozpočtu. Od dezintegrácie častíc v malých laboratórnych liekovkách až po kontinuálnu prietokovú dezintegráciu suspenzií v priemyselnej výrobe – Hielscher Ultrasonics má pre vás vhodný dezintegrátor! Kontaktujte nás – radi vám odporučíme najvhodnejšie ultrazvukové zariadenie!
Nasledujúca tabuľka poskytuje predstavu o približnej spracovateľskej kapacite našich ultrazvukových zariadení: