Ultraljudsdisintegrering: vätning, upplösning, dispergering

Ultraljudsdisintegratorer används i stor utsträckning för att väta, dispergera eller lösa upp partiklar och pulver i vätskor. Högpresterande ultraljudsapparater skapar intensiva skjuvkrafter som bryter sönder och krossar aggregat, agglomerat och primärpartiklar till mikroskopisk storlek eller nanostorlek. Den enhetliga partikelbearbetningen i det akustiska kavitationsfältet ger en snäv partikelfördelning och en enhetlig partikelyta.

Ultraljudsdisintegratorer och deras tillämpningar

Ultraljudsdisintegratorer ger intensiva skjuvkrafter som skapar den påverkan som krävs på fasta ämnen såsom partiklar, kristaller och fibrer för att bryta sönder dem och finfördela dem till en önskad storlek, t.ex. mikro- eller nanostorlek. Jämfört med alternativa disintegreringsmetoder såsom bladblandare med hög skjuvning, högtryckshomogenisatorer, pärlkvarnar, mikrofluidiserare etc. erbjuder ultraljudsdisintegratorer flera betydande fördelar.

Fördelar med ultraljudsdisintegratorer

• Högintensiv kavitation och skjuvning
• Enhetlig partikelbearbetning
• Höga fastämneshalter
• Inga munstycken / ingen igensättning
• Inga malmedier (dvs. pärlor) krävs
• Linjär skalbarhet
• Enkel och säker drift
• Lätta att rengöra
• Tids- och energieffektiva

 

Funktionsprincipen för ultraljudsdisintegratorer av probtyp bygger på alstring av akustisk kavitation. Genom ultraljudsproben överförs högintensiva ultraljudsvågor till processmediet (dvs. vätska eller suspension). Ultraljudsvågorna färdas genom vätskan och skapar där omväxlande högtrycks- och lågtryckscykler. Under lågtryckscyklerna uppstår mycket små vakuumbubblor, så kallade kavitationsbubblor. Dessa kavitationsbubblor växer under flera tryckcykler tills de når en storlek där de inte kan absorbera mer energi. Vid denna punkt imploderar kavitationsbubblorna våldsamt och skapar lokalt extrema förhållanden såsom mycket höga temperaturer och tryck, extrema temperatur- och tryckskillnader (på grund av höga uppvärmnings- och kylningshastigheter samt tryckfluktuationer), mikroturbulens och vätskeströmmar med hastigheter på upp till 180m/s. Dessa förhållanden har betydande mekaniska effekter på partiklar i mediet, eftersom vätskeströmmarna med hög hastighet accelererar partiklarna i mediet så att de kolliderar. Genom kollisioner mellan partiklar eroderas och krossas fast material (t.ex. partiklar, fibrer och celler) och fragmenteras till bitar i mikro- och nanostorlek.
Den kraftiga turbulens som skapas av ultraljudsbehandlingen ökar massöverföringen mellan faser och främjar därmed upplösning av pulver eller heterogena kemiska reaktioner. Detta gör ultraljudsdisintegratorer till det föredragna verktyget för att intensifiera processer såsom malning, dispergering, emulgering och upplösning.

Läs mer om intensifiering av kemiska reaktioner med ultraljud (sonokemi)!

Tillämpningar för ultraljudsdisintegratorer

• Malning och finfördelning
• Deagglomerering och dispergering
• Emulgering
• Upplösning av pulver
• Förbättring av massöverföringen
• Sonokemiska reaktioner

Ultraljudsdisintegratorer för partikelstorleksreduktion

Ultraljudsdisintegratorer används för partikelstorleksreduktion och partikelfördelning, oavsett om detta innebär faktisk finfördelning av primärpartiklar (kallad malning) eller sönderdelning av agglomerat (kallad deagglomerering / dispergering).

Ultraljudsdisintegratorer för malning och finfördelning

Ultraljudsgenererad kavitation skapar intensiva skjuvkrafter och därmed kollisioner mellan partiklarna. De fasta ämnena i suspensionen fungerar som malmedium (jämförbart med kulor eller pärlor i en kulkvarn / pärlkvarn): De accelereras av de kavitationsdrivna vätskeströmmarna, som lätt uppnår hastigheter på upp till 180m/s. När partiklarna träffar varandra med så enorm hastighet bryts de sönder och splittras till fragment i mikro- och nanostorlek. Ultraljudsdisintegratorer kan till och med bryta sönder primärpartiklar. Ultraljudsreaktorer med flödescell säkerställer en enhetlig behandling av alla partiklar så att ultraljudsmalning ger en snäv partikelstorleksfördelning.
Klicka här för att läsa mer om ultraljudsmalning!

Ultraljudsdisintegratorer för deagglomerering och dispergering

Processparametrarna för ultraljud kan styras mycket exakt, så att ultraljudsdisintegratorer kan mala primärpartiklar när höga amplituder och förhöjt tryck används. Å andra sidan kan ultraljudssystem för disintegrering också köras vid lägre amplituder och mildare förhållanden, så att partiklarnas struktur och yta förblir intakta, medan agglomeraten bryts upp och de enskilda partiklarna fördelas jämnt i suspensionen.
Klicka här för att läsa mer om deagglomerering och dispergering med ultraljud!

Ultraljudsdispergering av pyrogen kiseldioxid: Ultraljudshomogenisatorn UP400S från Hielscher dispergerar snabbt och effektivt kiseldioxidpulver till enskilda nanopartiklar.

Ultraljudsdisintegratorer för emulgering

När två oblandbara vätskor (t.ex. vatten och olja) behandlas med ultraljud bryter ultraljudskavitationen sönder dropparna – vilket ger mycket små droppar av de två oblandbara faserna, som sedan blandas med varandra. Eftersom ultraljudsdisintegratorer lätt producerar droppar i nanostorlek uppvisar stabiliserade ultraljudsemulsioner långvarig stabilitet och ett klart, transparent utseende.
Klicka här för att läsa mer om nanoemulgering med ultraljud!

Ultraljudsdisintegratorer för upplösning

Ultraljudsdisintegratorer används för att lösa upp pulver och tabletter genom en snabb, enkel och säker procedur. Ultraljudsgenererad kavitation eroderar ytan på fasta ämnen och transporterar de eroderade fragmenten till vätskan, vilket ger en homogen lösning.
Inom läkemedelsindustrin är upplösning av tabletter en daglig uppgift, t.ex. för analytiska ändamål. När tabletter utsätts för en vattenbaserad miljö löses tabletten upp långsamt i en mycket tidskrävande process. Även när en vanlig omrörare eller bladomrörare används är fullständig upplösning av tabletter fortfarande tidskrävande. Ultraljudskavitation och dess utomordentligt intensiva skjuvkrafter frigör partiklarna från tabletten och transporterar dem till spädningsmedlet, vilket kontinuerligt upprätthåller massöverföringen mellan tablettytan och färskt, omättat spädningsmedel. Detta gör upplösning med ultraljud till en extremt snabb och effektiv process som bidrar till att påskynda upplösningen av läkemedel.
Klicka här för att läsa mer om upplösning med ultraljud!

Upplösning är en av de många tillämpningarna för effektultraljud. Videon visar snabb upplösning av Jellybabies i vatten med Hielscher UP200St.

Hur fungerar en mekanisk disintegrator?

Ultraljudsdisintegratorer för laboratorier använder samma mekaniska princip som industriella disintegratorer. Blandningssystem med disintegratorer sönderdelar agglomerat och aggregat, löser upp fast material eller dispergerar fasta partiklar i vätskeblandningar. Vid ultraljudsdisintegrering används en högintensiv ultraljudssond i en satsbehållare eller i en inline-flödescellsreaktor. Ultraljudsdisintegratorns sond (sonotrod) vibrerar i vätskan med mycket hög frekvens och skapar intensiv ultraljudskavitation i vätskan. Varje kollaps av en kavitationsbubbla ger upphov till kraftiga skjuvkrafter som sönderdelar agglomerat, aggregat och till och med primärpartiklar. Ultraljudskavitation skapar också snabba kavitationsströmningar med hastigheter på upp till 1000km/h. Vätskestrålarna från kavitationen träffar partikelagglomerat, spräcker cellväggar, förbättrar materialtransporten i suspensionen och dispergerar fasta ämnen i hela vätskevolymen. I ultraljudets kavitationsfält växlar trycket snabbt och upprepade gånger mellan vakuum och upp till 1000bar. En roterande blandare med 4 blandarblad skulle behöva köras vid svindlande 300 000 varv/min för att uppnå samma frekvens av växlande tryckcykler. Konventionella roterande blandare och rotor-statorblandare skapar ingen betydande mängd kavitation på grund av sin begränsade rotationshastighet.

Intresserad av syntes av nanopartiklar med bottom-up-metoden? – Klicka här för att läsa mer!

Ultraljudsdisintegratorer för laboratorier

Ultraljudsapparater av sondtyp är ett mycket användbart verktyg i varje laboratorium. En ultraljudssond (även kallad sonotrod) är en lättstädad titanstav med enkel geometri som kopplar in ultraljudsvibrationer i en vätska. Hielscher tillverkar ultraljudssonder och spetsar i ett brett utbud av storlekar. För de vanligaste formerna av sönderdelning av fasta ämnen i laboratoriet är ultraljudssonder med en spetsdiameter på 3, 7, 14 eller 22mm mycket användbara. Andra sondstorlekar och ultraljudssonder med specialanpassade mått finns tillgängliga. Typiska ultraljudsapparater för sönderdelning i laboratorier har en ultraljudseffekt på 100 till 400 watt.

Industriella ultraljudsdisintegratorer

Hielschers industriella disintegratorer är ultraljudsprocessorer med hög effekt, konstruerade för krävande kontinuerlig sönderdelning av stora suspensionsflöden. Dessa industriella system kan enkelt hantera höga koncentrationer av fasta ämnen. Industriella ultraljudssonder är utrustade med en fläns som kan monteras på ståltankar, glasreaktorer eller plastbehållare i valfri riktning. Trycksättning av ultraljudsbehandlingskärlet eller flödescellen intensifierar den akustiska kavitationen och därmed ultraljudsbehandlingen. Typisk industriell utrustning för ultraljudsdisintegrering har en ultraljudseffekt på 1000 till 16 000 watt per sonotrod.

Branscher där ultraljudsdisintegrering är vanligt förekommande:

• Dispergering, upplösning och blandning av formuleringar med fasta ämnen och vätskor
• Materialvetenskap
• Provberedning före analys
• Nanopartikeltillämpningar
• Partikelfunktionalisering
• Fasöverföringsreaktioner
• Kristallisation / Utfällning
• Livsmedelsbearbetning
• Pappersindustri
• Rötning av biomassa

Hur köper man rätt ultraljudsdisintegrator?

Hielscher Ultrasonics är en tillverkare med lång erfarenhet av högpresterande ultraljudsdisintegratorer som används för att dispergera och sönderdela partiklar eller lösa upp pulver i vätskor. Som marknadsledare utvecklar, tillverkar och distribuerar Hielscher ultraljudsdisintegratorer och homogenisatorer från laboratorie- och bänkskala upp till full industriell skala.

Vi hjälper dig att besvara följande frågor för att hitta den ultraljudsdisintegrator som är bäst lämpad för din tillämpning och dina behov:

• Vilken tillämpning avser du att använda den för?
• Vilken är den typiska volymen som måste bearbetas?
• Vilka är processens kritiska faktorer?
• Vilka kvalitetsstandarder måste uppfyllas?

Vår välutbildade och erfarna personal hjälper dig med alla frågor och med utformningen av din process. Hielscher Ultrasonics erbjuder ingående rådgivning om ultraljudsprocesser för att hjälpa våra kunder att hitta den optimala ultraljudsapparaten. Men Hielschers service slutar inte där. Vi utbildar kunder antingen på deras anläggningar eller i vårt ultraljudsprocesslaboratorium och teknikcentrum för att stödja dem vid processutveckling, optimering och uppskalning.
Hielscher Ultrasonics industriella ultraljudsprocessorer levererar enkelt mycket höga amplituder, som krävs för att sönderdela hårda partiklar och agglomerat eller för att bearbeta suspensioner med hög halt av fasta ämnen. Hielschers industriella disintegratorer kan köras kontinuerligt med amplituder på upp till 200µm i 24/7-drift. För ännu högre amplituder finns kundanpassade ultraljudssonotroder. Ytterligare tillbehör som amplitudförstärkande horn, flödesceller, ultraljudsreaktorer och kompletta recirkulationssystem finns lätt tillgängliga och gör det möjligt att konfigurera ditt ultraljudssystem efter dina processkrav.

Avancerade ultraljudsdisintegratorer och upplösare

Hielscher Ultrasonics fokuserar på högpresterande disintegratorer med högsta användarvänlighet och de senaste tekniska framstegen. Detta innebär att standarderna för Hielschers laboratoriedisintegratorer i allt högre grad anpassas till industrimaskinernas intelligens. Användaren kan fjärrstyra Hielschers digitala ultraljudsapparater via en webbläsare. Programvaran för automatisk dataregistrering sparar alla viktiga ultraljudsparametrar, såsom nettoeffekt, totaleffekt, amplitud, temperatur, tryck, tid och datum, som en CSV-fil på ett inbyggt SD-kort. Dessutom kan ultraljudsdisintegratorn programmeras för automatisk avstängning efter en bestämd tid eller en specifik energitillförsel, och pulserande ultraljudsbehandlingslägen kan programmeras. Anslutningsbara temperatur- och trycksensorer gör det möjligt att noggrant följa provets förhållanden. Eftersom temperaturkontroll av värmekänsliga material är en avgörande faktor för processresultatens kvalitet erbjuder Hielscher olika lösningar för att hålla processtemperaturen inom det avsedda temperaturintervallet.
De avancerade funktionerna hos Hielschers ultraljudsapparater säkerställer högsta processkontroll, tillförlitliga och reproducerbara ultraljudsbehandlingsresultat, användarvänlighet och arbetskomfort.
Hielscher Ultrasonics industriella ultraljudsprocessorer kan leverera mycket höga amplituder. Amplituder på upp till 200µm kan enkelt användas kontinuerligt i 24/7-drift. För ännu högre amplituder finns kundanpassade ultraljudssonotroder. Möjligheten att använda så höga amplituder gör det möjligt för våra kunder att effektivt mala primärpartiklar till nanostorlek. Hielschers robusta ultraljudsutrustning möjliggör 24/7-drift under hög belastning och i krävande miljöer.
Läs mer om upplösning med ultraljud och ultraljudsupplösare!

Kvalitet – tillverkad i Tyskland

Som ett familjeägt och familjedrivet företag är Hielscher stolt över den höga kvaliteten på sina ultraljudsprocessorer. Alla ultraljudsapparater konstrueras, tillverkas och testas vid vårt huvudkontor i Teltow nära Berlin i Tyskland. Hielschers robusta ultraljudsutrustning möjliggör 24/7-drift under hög belastning och i krävande miljöer.

Du kan köpa Hielschers ultraljudsdisintegratorer i alla olika storlekar, och prisutbudet erbjuder en prisvärd ultraljudsapparat som passar din budget. Från partikelsönderdelning i små laboratorieflaskor till sönderdelning av suspensioner i kontinuerligt flöde inom industriell produktion har Hielscher Ultrasonics en lämplig disintegrator för dig! Kontakta oss gärna – vi rekommenderar gärna den ultraljudsapparat som passar dig bäst!
Tabellen nedan ger dig en uppfattning om den ungefärliga bearbetningskapaciteten hos våra ultraljudsapparater: