Homojenizatörler – Çalışma Prensibi, Kullanımı ve Scale-Up

Homojenizatörler, sıvı-sıvı ve katı-sıvı sistemlerini karıştırmak, emülsifiye etmek, dağıtmak ve çözmek için mekanik kuvvetler uygulayan bir karıştırıcı türüdür. Homojenizatör modeline bağlı olarak, katı parçacıkların yanı sıra sıvı damlacıklarını parçalamak ve parçalamak için gerekli kuvvetleri oluşturmak için rotasyonel kesme, nozullar veya yüksek güçlü ultrason kullanılır. Homojenizatör cihazları ve araştırma ve üretim uygulamaları hakkında daha fazla bilgi edinin!

Homojenizatör nedir?

Homojenizatör, hem katı hem de sıvı partikülleri homojen bir karışıma ayırmak için tasarlanmış bir karıştırma cihazları sınıfıdır. Homojenizatörler, araştırma ve endüstrideki çeşitli uygulamalar için kullanılan laboratuvar, tezgah üstü ve endüstriyel ekipman olarak mevcuttur. Homojenizatörün tipik uygulaması, diğerlerinin yanı sıra partiküller, pigmentler, kimyasallar, bitkiler, gıdalar, hücreler, dokular dahil olmak üzere çeşitli malzemelerin karıştırılmasını ve parçalanmasını içerir.

Homojenizatörler, sonikasyon ve sonikatörlerimizi prosesiniz için nasıl kullanabileceğiniz hakkında daha fazla bilgi edinmek için lütfen bizimle iletişime geçin!

Çeşitli Homojenizatör Tiplerine Genel Bakış

Tezgah üstü ve endüstriyel büyük ölçekli üretimde kullanım için çeşitli homojenizatör türleri ticari olarak mevcuttur. Bununla birlikte, rotor / stator (kolloid) karıştırıcılar, yüksek basınçlı homojenizatörler ve ultrasonik homojenizatörler en yaygın kullanılan modellerdir.
Çarklı veya bıçaklı karıştırıcılar, karıştırma kabının dibinde yüksek hızda dönen ve böylece çeşitli malzemeleri homojen bir karışım halinde birleştiren bir eğirme bıçağına sahiptir.
Rotor/stator karıştırıcısının adından da anlaşılacağı gibi, bir rotor/stator karıştırıcısının bir rotoru ve bir stator bileşeni vardır. Rotor, stator içinde yüksek hızlarda dönen metal bir şafttır. Stator, sabit kalan metal kısımdır. Rotorun dönüşü, katı-sıvı malzemeyi stator ve rotor arasında hareket ettiren ve katıların daha küçük parçacık boyutuna indirgendiği bir emme etkisi yaratır.
Yüksek basınçlı homojenizatörün (HPH) çalışma prensibi, ekipmanı büyük, ağır ve pahalı hale getiren bir yüksek basınç pompası ve bir valfin (nozul, delik) kullanımına dayanmaktadır. İşlenmiş bulamaç, küçük bir delikten yüksek akış hızıyla zorlanır, bu da parçacıkların valften geçmek için belirli bir küçük boyuta ihtiyaç duyması nedeniyle parçacık boyutunu azaltır. Özellikle katıları işlerken, HPH'ler tıkanmaya eğilimlidir.
Ultrasonik homojenizatörler, akustik kavitasyon tarafından üretilen yüksek kesme kuvvetlerini kullanır ve bu da onlara diğer homojenleştirme tekniklerine göre çeşitli avantajlar sağlar. Ultrasonik homojenizasyonun çalışma prensibi ve faydaları aşağıda sunulmuştur.

Homojenleştirme kuvveti olarak yüksek güçlü ultrason

Ultrasonik homojenizatör, çok yoğun kesme kuvvetleri oluşturmak için yüksek yoğunluklu ultrasonik titreşimler ve kavitasyon kullanır ve bu nedenle süper yoğun yüksek parçalayıcı karıştırıcı olarak adlandırılabilir. Süper yoğun yüksek kesme kuvvetlerinin arkasındaki sır, yüksek güçlü ultrason dalgaları tarafından üretilen akustik kavitasyondur. Ultrasonik bir homojenizatör, güç kaynağı ve kontrol ünitesi olan bir jeneratöre ve bir dönüştürücüye sahiptir. Dönüştürücü piezo-elektrik seramikler içerir. Bu piezo-elektrik seramikler, elektrik enerjisini salınıma dönüştürür, çünkü piezoelektrik kristaller voltaj uygulandığında boyutlarını ve şekillerini değiştirir. Elektronik osilatörün frekansı, piezoelektrik kuvarsın doğal frekansına eşit olduğunda, rezonans meydana gelir. Rezonans koşulları altında, kuvars büyük genlikli uzunlamasına ultrasonik dalgalar üretir.
Üretilen ultrason dalgaları daha sonra ultrasonik prob (sonotrot / korna) aracılığıyla işlem ortamına bağlanır. Ultrasonik probdaki genlik, sıvıya veya bulamaca iletilen ultrason dalgalarının yoğunluğunu belirler. Ultrasonik dalgalar, sıvı ortamda alternatif yüksek basınç ve düşük basınç döngüleri oluşturur. Düşük basınç döngüsü sırasında, yüksek yoğunluklu ultrasonik dalgalar sıvıda küçük vakum kabarcıkları üretir. Yüksek basınç döngüsü sırasında, küçük vakum kabarcıkları yıkıcı bir şekilde çöker. Bu fenomene kavitasyon denir. Kavitasyon kabarcıklarının patlaması, 280 m/s'ye kadar yüksek hıza sahip sıvı jetleri de üretebilir ve bu da güçlü kesme kuvvetlerine neden olabilir. Kesme kuvvetleri parçacıkları kırar, parçacıklar arası çarpışmaya neden olur ve damlacıkları ve hücreleri mekanik olarak bozar, aynı zamanda yüksek verimli bir kütle transferini teşvik eder. Bu kavitasyon kuvvetleri, düzgün ve homojen dispersiyonlar, emülsiyonlar ve süspansiyonlar üretir ve ayrıca kimyasal reaksiyonları (sonokimya olarak adlandırılır) teşvik ettiği bilinmektedir.

Akustik kavitasyon (yüksek güçlü ultrason tarafından üretilir), sonomekanik ve sonokimyasal etkiler olarak adlandırılan yerel olarak aşırı koşullar yaratır. Bu etkilerden dolayı, sonikasyon katı ve sıvı parçacıkları azaltır ve bunları homojen bir formülasyona karıştırır.

ultrasonik homojenizatörlerin – Avantaj -ları

Ultrasonik homojenizatörler, katı-sıvı (bulamaçlar olarak adlandırılır) ve sıvı-sıvı süspansiyonları ve çözeltilerinin üretimi söz konusu olduğunda üstündür. Ultrasonicators ultrasonik kavitasyonun çalışma prensibini kullandığından, kavitasyon sadece sıvıda meydana geldiğinden, malzeme ıslak veya ıslak bir fazda olmalıdır. Bu, bir ultrasonicator'ın kuru bir tozu karıştırmada çok verimli olmayacağı anlamına gelir, ancak toz ıslanır ıslanmaz, sonikasyon harmanlama için en etkili yöntemdir. Ultrasonik homojenizatörlerin, macunları ve yüksek viskoziteli malzemeleri bile güvenilir bir şekilde karıştırması, harmanlaması ve dağıtması iyi bilinmektedir. Kavitasyon kabarcıklarının patlamasının neden olduğu olağanüstü yoğun kuvvetler, yalnızca çok güçlü yüksek kesme kuvvetleri değil, aynı zamanda yerel olarak sınırlı yüksek sıcaklıklar ve basınçlar ile ilgili diferansiyelleri de yaratır. Bu fiziksel kuvvetlerin kombinasyonu, partikülleri geleneksel bir homojenizatörden çok daha küçük boyutlara dönüştürür. Bu nedenle, ultrasonik homojenizatörler, nano boyutlu emülsiyonların ve dispersiyonların güvenilir üretimi için tercih edilen ekipmandır.

Ultrasonik Homojenizatörlerin Uygulamaları

Ultrasonik homojenizatörler, katı-sıvı ve sıvı-sıvı süspansiyonları homojenize etmek, partikül boyutunu küçültmek, biyolojik materyali parçalamak ve çıkarmak, kimyasal reaksiyonları yoğunlaştırmak ve çözünür bileşikleri çözmek için laboratuvar ve endüstriyel tesislerde yaygın olarak kullanılmaktadır.

Ultrasonik Emülsifikasyon

Emülsifikasyon, kararlı veya yarı kararlı bir karışım hazırlamak için iki veya daha fazla karışmayan sıvının birlikte karıştırılması işlemidir. Genel olarak bu iki sıvı, bir yağ fazı ve bir sulu (su) fazdan oluşur. Farklı sıvı fazların karışımını stabilize etmek için bir emülgatör (yüzey aktif madde / yardımcı yüzey aktif madde) eklenir. Bir emülsiyonun damlacık boyutu, bir emülsiyonun işlevselliği ve stabilitesi söz konusu olduğunda çok önemli bir rol oynar. Güç ultrasonu, damlacıkları parçalayan ve onları dakika damlacıklarına indirgeyen sonomekanik kuvvetler oluşturduğundan, sonikasyon, mikron ve nano emülsiyonların üretimi için çok popüler bir yöntemdir. Ultrasonik homojenizatörler, O / W ve W / O emülsiyonları, ters emülsiyonlar, çift emülsiyonlar (O / W / O, W / O / W), mini emülsiyonlar ve Pickering emülsiyonlarının üretimi için güvenilir bir araçtır. Bu esnekliğe ve güvenilir emülsifiye etme kapasitesine dayanarak, ultrasonik homojenizatörler (bazen emülsifikasyon için kullanıldığında ultrasonik emülgatörler olarak da adlandırılır), örneğin kimya, gıda, ilaç ve yakıt endüstrisinde uzun vadeli kararlı emülsiyonlar üretmek için kullanılır.
Hakkında daha fazla bilgi edinmek için aşağıdaki bağlantılara tıklayın nano emülsiyonlar ve Pickering emülsiyonları!

Ultrasonik Dispersiyon

Ultrasonik homojenizatörler, partikül topakları, agregalar ve hatta birincil partiküllerin boyutlarının güvenilir bir şekilde küçültülmesi gerektiğinde çok etkilidir. Ultrasonik homojenizatörlerin avantajı, proses sonucu olarak mikron veya nano partiküllerin hedeflenip hedeflenmediğine bakılmaksızın, partikülleri daha küçük ve daha düzgün partikül boyutlarına kadar öğütme yetenekleridir. Kavitasyonel kesme kuvvetleri ve sıvı akımları, parçacıkları birbirleriyle çarpışacak şekilde hızlandırır. Bu, parçacıklar arası çarpışma olarak bilinir. Parçacıkların kendileri, geleneksel boncuk değirmenleri kullanıldığında gerekli olan boncukların öğütülmesi ve müteakip ayırma işlemi ile kirlenmeyi önleyen öğütme ortamı görevi görür. Parçacık, 280 m/sn'ye kadar çok yüksek hızlarda parçacıklar arası çarpışma ile çarpıştığından, parçacıklara olağanüstü yüksek kuvvetler uygulanır ve bu nedenle çok küçük fraksiyonlara ayrılır. Sürtünme ve erozyon, bu parçacık parçalarına cilalı bir yüzey ve düzgün şekilli bir form verir. Kesme kuvvetleri ve parçacıklar arası çarpışmanın kombinasyonu, ultrasonik homojenizasyon ve dispersiyona, son derece homojen kolloidal süspansiyonlar ve dispersiyonlar sağlayan avantajlı kenar sağlar!
Aşağıdaki resim dizisi, grafit pulları üzerindeki ultrasonun kavitasyon kuvvetlerini göstermektedir.

Bir grafit pulunun suda sono-mekanik pul pul dökülmesini gösteren yüksek hızlı bir çerçeve dizisi (a'dan f'ye) UP200S, 200W ultrasonikatör 3 mm sonotrot ile. Oklar, bölünmeye nüfuz eden kavitasyon kabarcıkları ile ayrılma (pul pul dökülme) yerini gösterir.
© Tyurnina ve ark. 2020 (CC BY-NC-ND 4.0)

Nanomalzemelerin Dispersiyonu ve Homojenizasyonu

Hem emülsiyonlar hem de dispersiyonlar için nano boyutlu karışımların hazırlanması zorlu bir iştir. Bıçaklı karıştırıcılar, boncuk değirmenleri, yüksek basınçlı homojenizatörler ve diğer karıştırıcılar gibi çoğu geleneksel homojenizasyon ve karıştırma tekniği, mikron boyutunda parçacıklar üretebilir, ancak damlacıkları ve katıları nano boyuta kadar güvenilir bir şekilde parçalayamazlar. Bu çoğunlukla yetersiz yoğunluktan kaynaklanmaktadır. Örneğin, bıçaklı karıştırıcılar, parçacıkları nano boyuta kırmak için yeterli kesme sağlamaz. Başka bir homojenizatör türü olan boncuk değirmenleri, katıları boncukların (öğütme ortamı) kendisinden daha ince bir parçacık boyutuna eşit şekilde öğütemez. Konvansiyonel taşlama boncuklarının ortalama boyutu 1.500 mm arasındadır – 35.000 mm'dir. Diğer bir sorun, frezeleme ortamının aşınması ve yıpranması ile kirlenmesidir. Ultrasonicators olağanüstü yüksek, ancak hassas bir şekilde kontrol edilebilir kesme kuvvetleri sağladığından, ultrason kavitasyonu, laboratuvarda nano dispersiyon ve nano emülsiyonların güvenilir üretimi için tercih edilen tekniktir ( R&D), pilot ve endüstriyel kurulumlar.

Ultrasonik homojenizasyon işlemlerinin ölçeklendirilmesi

Bir laboratuvar ultrasonik homojenizatöründen bir pilot ultrasonikatöre ve bir pilot sistemden tam ölçekli bir üretim ultrasonik homojenizatöre ölçeklendirilirken, ölçek büyütme tamamen doğrusal olarak uygulanabilir! Genlik, basınç, sıcaklık ve işlem süresi gibi tüm önemli işlem parametreleri sabit tutulur, sadece ultrasonik probun yüzey alanı ve probun enerjik karıştırıcısı olarak ultrasonicator daha büyük, daha güçlü birimlere ölçeklendirilir. Ultrasonik homojenizasyon işlemlerinin doğrusal ölçeklenebilirliği, büyük üretimde laboratuvar ve pilot ortamlarda olduğu gibi aynı yüksek kaliteli sonuçların elde edilmesini sağlar.

Prosesiniz için en uygun ultrasonik homojenizatörü bulun!

Hielscher Ultrasonics, ultrasonik homojenizatörler için uzun süredir deneyimli ortağınızdır. Tüm Hielscher ultrasonicators, dünya çapındaki müşterilerimize göndermeden önce Almanya'daki merkezimizde tasarlanmış, üretilmiş ve test edilmiştir. Hielscher ultrasonik homojenizatörler, sürekli yüksek performans, güvenilirlik, sağlamlık ve kullanıcı dostu olma özelliklerine sahip yüksek kaliteli cihazlardır. Ultrasonik homojenizasyon teknolojisinin teknik karmaşıklığı, Hielscher ekipmanının kullanıcılarına rekabet avantajları sağlar ve bu da onları sektörlerinde pazar lideri yapar. Ticari üretimler için laboratuvar ve tezgah üstü homojenizatörler, pilot sistemler ve tam endüstriyel ultrasonik homojenizatörlerden oluşan geniş ürün yelpazesi ile Hielscher, ihtiyaçlarınız için ideal ultrasonik karıştırma sistemine sahiptir. Manifold aksesuarları, ideal ultrasonik homojenizatör kurulumuna izin verir – bireysel ihtiyaçların karşılanması.
Proses gereksinimlerinizi ve spesifikasyonlarınızı bize bildirin – Uygulamanız için size en uygun ve verimli ultrasonik homojenizatörü memnuniyetle tavsiye edeceğiz!

Ultrasonik homojenizatörler kullanarak yüksek verimlilik

Olağanüstü proses verimliliği, makul yatırım maliyetleri, çok yüksek enerji verimliliği ve düşük işçilik ve bakım maliyetleri nedeniyle, Hielscher ultrasonik homojenizatörler geleneksel homojenizasyon tekniklerini geride bırakır ve hızlı bir ROI (Yatırım Getirisi) elde eder. Genellikle, bir ultrasonik homojenizatör birkaç ay içinde amorti edilir.

Endüstriyel Homojenizasyon için Yüksek Güçlü Ultrason

Genlik, ultrason tahrikli homojenizasyon işlemlerinde en önemli proses parametresidir. Tüm Hielscher ultrasonicators genlik üzerinde hassas kontrol sağlar. Proses hedefine bağlı olarak, daha hafif işleme koşulları için daha düşük bir genlik ayarlanabilir veya daha yıkıcı dispersiyon sonuçları için yüksek bir genlik seçilebilir. Hielscher endüstriyel sonikatörler çok yüksek genlikler sağlayabilir. 200μm'ye kadar genlikler, 7/24 çalışmada kolayca sürekli olarak çalıştırılabilir. Daha da yüksek genlikler için, özelleştirilmiş ultrasonik sonotrodlar mevcuttur.

Ultrasonik Homojenizatörler için Düşük Bakım Gereksinimleri

Ultrasonik homojenizatörlerin temizlenmesi sadece kolay değildir, çünkü sonotrot ve reaktör ıslak parçalar olan ve işlenmiş malzeme ile temas eden tek bileşenlerdir. Sonotrode (ultrasonik korna veya prob olarak da bilinir) ve reaktör sırasıyla titanyum ve paslanmaz çelikten yapılmıştır ve delikler veya ölü köşeler olmadan temiz geometrilere sahiptir.
Aşınma ve yıpranmaya maruz kalan tek parça, operasyonda önemli bir aksama olmadan değiştirilebilen ultrasonik probdur. Bir laboratuvar ultrasonicator'ın sonotrotu yaklaşık 10 dakika içinde değiştirilirken, endüstriyel bir ultrasonik homojenizatörün sonotrotunun değişimi yaklaşık 30-45 dakika sürebilir.

Hemen bizimle iletişime geçin! Deneyimli ekibimiz, teknik bilgi ve süreçle ilgili öneriler sunmaktan memnuniyet duyacaktır!

Aşağıdaki tablo size ultrasonicators'ımızın yaklaşık işleme kapasitesinin bir göstergesini verir: