Ультразвукове розрідження: змочування, розчинення, диспергування

Ультразвукові інтегратори широко використовуються для змочування, диспергування або розчинення частинок і порошків у рідинах. Високопродуктивні ультразвукові диспергатори створюють інтенсивні зсувні сили, які руйнують і подрібнюють агрегати, агломерати та первинні частинки до мікроскопічного або нанорозміру. Однорідна обробка частинок у полі акустичної кавітації призводить до вузького розподілу частинок та однорідної поверхні частинок.

Ультразвукові диспергатори та їх застосування

Ультразвукові диспергатори забезпечують інтенсивні зсувні сили, що створює необхідний вплив на тверді речовини, такі як частинки, кристали та волокна, для їх руйнування та подрібнення до цільового розміру, наприклад, мікро- або нанорозміру. У порівнянні з альтернативними методами розрідження, такими як високосдвигові лопатеві змішувачі, гомогенізатори високого тиску, кульові млини, мікрофлюїдизатори тощо, ультразвукові диспергатори мають деякі суттєві переваги.

Переваги ультразвукових диспергаторів

• Високоінтенсивна кавітація та зсув
• Однорідна обробка частинок
• Високі концентрації твердих речовин
• Відсутність сопел / відсутність засмічення
• Не потрібне мелюче середовище (наприклад, кулі)
• Лінійна масштабованість
• Легка та безпечна експлуатація
• Легке очищення
• Ефективність за часом та енергією

 

Принцип дії ультразвукових диспергаторів зондового типу базується на генерації акустичної кавітації. Через ультразвуковий зонд високі інтенсивності ультразвукові хвилі передаються в процесне середовище (тобто рідину або суспензію). Ультразвукові хвилі поширюються через рідину, де вони створюють чергування циклів високого та низького тиску. Під час циклів низького тиску утворюються крихітні вакуумні бульбашки, так звані кавітаційні бульбашки. Ці кавітаційні бульбашки зростають протягом кількох циклів тиску, доки не досягнуть розміру, при якому вони не можуть поглинати більше енергії. У цей момент кавітаційні бульбашки імплосивно руйнуються і створюють локальні екстремальні умови, такі як дуже високі температури, тиски, екстремальні перепади температури та тиску (через високі швидкості нагрівання/охолодження та коливання тиску), мікротурбулентності та потоки рідини зі швидкістю до 180m/s. Ці умови чинять значний механічний вплив на частинки в середовищі, оскільки високоскорісні потоки рідини прискорюють частинки в середовищі так, що частинки стикаються. Внаслідок міжчастинкового зіткнення тверда речовина (наприклад, частинки, волокна, клітини) еродує, руйнується та подрібнюється на фрагменти мікро- та нанорозміру.
Високі турбулентності, створені ультразвуковою обробкою, збільшують масоперенесення між фазами і тим самим сприяють розчиненню порошків або гетерогенним хімічним реакціям. Це робить ультразвукові диспергатори переважним інструментом для інтенсифікації таких процесів, як млиновий подрібнення, диспергування, емульгування та розчинення.

Дізнайтеся більше про ультразвукову інтенсифікацію хімічних реакцій (сонохімія)!

Застосування ультразвукових диспергаторів

• Млиновий подрібнення та шліфування
• Деагломерація та диспергування
• Емульгування
• Розчинення порошків
• Покращення масоперенесення
• Сонохімічні реакції

Ультразвукові диспергатори для зменшення розміру частинок

Ультразвукові диспергатори використовуються для зменшення розміру частинок та розподілу частинок, чи то означає це реальне подрібнення первинних частинок (що називається млиновим подрібненням), чи руйнування агломератів (що називається деагломерацією / диспергуванням).

Ультразвукові диспергатори для млинового подрібнення та шліфування

Кавітація, що генерується ультразвуком, створює інтенсивні зсувні сили та пов’язані з ними міжчастинкові зіткнення. Тверді частинки в суспензії діють як мелюче середовище (порівнянно з кульками або перлинами в кульковому/перловому млині): вони прискорюються кавітаційними потоками рідини, які легко досягають швидкостей до 180m/s. Коли частинки стикаються одна з одною з такою величезною швидкістю, вони руйнуються і розпадаються на фрагменти розміром від мікрон до нанометрів. Ультразвукові дезінтегратори можуть руйнувати навіть первинні частинки. Ультразвукові проточні реактори забезпечують однорідну обробку всіх частинок, так що ультразвукове подрібнення призводить до вузького розподілу частинок за розміром.
Натисніть тут, щоб дізнатися більше про ультразвукове подрібнення!

Ультразвукові дезінтегратори для дезагломерації та диспергування

Параметри ультразвукового процесу можна дуже точно контролювати, так що ультразвукові дезінтегратори можуть подрібнювати первинні частинки при застосуванні високих амплітуд і підвищеного тиску. З іншого боку, системи ультразвукової дезінтеграції також можуть працювати при нижчих амплітудах і м’якших умовах, так що структура та поверхня частинок залишаються недоторканими, але агломерати руйнуються, а окремі частинки рівномірно розподіляються в суспензії.
Натисніть тут, щоб дізнатися більше про ультразвукову дезагломерацію та диспергування!

Ультразвукове диспергування пірогенного діоксиду кремнію: ультразвуковий гомогенізатор Hielscher UP400S швидко й ефективно диспергує порошок діоксиду кремнію до окремих наночастинок.

Ультразвукові дезінтегратори для емульгування

Коли дві незмішувані рідини (наприклад, вода і олія) піддаються ультразвуковій обробці, кавітація руйнує краплі, утворюючи дуже дрібні краплі двох незмішуваних фаз, які потім змішуються. Оскільки ультразвукові дезінтегратори легко створюють нанорозмірні краплі, стабілізовані ультразвукові емульсії демонструють довгострокову стабільність і прозорий, чистий вигляд.
Натисніть тут, щоб прочитати більше про ультразвукове наноемульгування!

Ультразвукові дезінтегратори для розчинення

Ультразвукові дезінтегратори використовуються для розчинення порошків і таблеток швидким, легким і безпечним методом. Кавітація, що генерується ультразвуком, руйнує поверхню твердих речовин і переносить відокремлені фрагменти в рідину, створюючи таким чином гомогенний розчин.
У фармацевтичній промисловості розчинення таблеток є щоденним завданням, наприклад, для аналітичних цілей. Коли таблетки потрапляють у водне середовище, вони розчиняються повільно, що є дуже тривалим процесом. Навіть із використанням звичайної мішалки або лопатевого агітатора повне розчинення таблеток залишається тривалим. Ультразвукова кавітація та її надзвичайно інтенсивні зсувні сили відокремлюють частинки від таблетки і переносять їх у розчинник, підтримуючи таким чином масоперенесення між поверхнею таблетки і свіжим, ненасиченим розчинником безперервним. Це робить ультразвукове розчинення надзвичайно швидким і ефективним процесом, який допомагає прискорити розчинення ліків.
Натисніть тут, щоб прочитати більше про ультразвукове розчинення!

Розчинення – одне з багатьох застосувань потужного ультразвуку. У відео продемонстровано швидке розчинення желейних цукерок у воді за допомогою Hielscher UP200St.

Як працює механічний дезінтегратор?

Лабораторні ультразвукові дезінтегратори використовують той самий механічний принцип, що й промислові дезінтегратори. Змішувальні системи дезінтеграторів руйнують агломерати та агрегати, розчиняють тверді речовини або диспергують тверді частинки в рідких сумішах. Ультразвукова дезінтеграція включає високотужний ультразвуковий зонд у реакторі з проточною коміркою або в реакторі з проточною коміркою. Зонд (сонотрод) ультразвукового дезінтегратора коливається в рідині з дуже високою частотою та створює інтенсивну ультразвукову кавітацію в рідині. Кожне схлопування кавітаційної бульбашки призводить до потужних зсувних сил, які руйнують агломерати, агрегати та навіть первинні частинки. Крім того, ультразвукова кавітація створює високосхливі кавітаційні потоки зі швидкістю до 1000km/h. Кавітаційні рідинні струмені вдаряють в агломерати частинок, руйнують клітинні стінки, покращують перенесення матеріалу в суспензії та диспергують тверді речовини по всьому об’єму рідини. У полі ультразвукової кавітації тиск швидко та багаторазово чергується між вакуумом і до 1000bar. Роторний змішувач із 4 лопатями мусив би працювати на вражаючих 300 000 RPM, щоб досягти такої ж частоти циклів чергування тиску. Звичайні роторні змішувачі та роторно-статорні змішувачі не створюють значної кількості кавітації через обмеження швидкості.

Цікавить синтез наночастинок “знизу вгору”? – Натисніть тут, щоб дізнатися більше!

Лабораторні ультразвукові дезінтегратори

Ультразвукові пристрої зондового типу є дуже корисним інструментом у будь-якій лабораторії. Ультразвуковий зонд (також відомий як сонотрод) – це титановий стрижень простої геометрії, який легко очищується і передає ультразвукові коливання в рідину. Hielscher виготовляє ультразвукові зонди та наконечники широкого діапазону розмірів. Для найпоширенішої дезінтеграції твердих речовин у лабораторії дуже корисні ультразвукові зонди з діаметром наконечника 3, 7, 14 або 22mm. Доступні інші розміри зондів та ультразвукові зонди індивідуальних розмірів. Типові ультразвукові пристрої для лабораторної дезінтеграції мають потужність від 100 до 400 ват.

Промислові ультразвукові дезінтегратори

Промислові дезінтегратори Hielscher – це високотужні ультразвукові процесори, розроблені для важких умов безперервної дезінтеграції великих потоків суспензій. Ці промислові системи можуть легко обробляти високі концентрації твердих речовин. Промислові ультразвукові зонди обладнані фланцем, який можна монтувати на сталеві резервуари, скляні реактори або пластикові контейнери в будь-якій орієнтації. Підвищення тиску в посудині для ультразвукової обробки або проточній комірці інтенсифікує акустичну кавітацію та, відповідно, процес ультразвукової обробки. Типове промислове обладнання для ультразвукової дезінтеграції має потужність від 1000 до 16 000 ват на один сонотрод.

Галузі, де ультразвукова дезінтеграція широко застосовується:

• Диспергування, розчинення, змішування твердих/рідких формуляцій
• Матеріалознавство
• Підготовка зразків перед аналізом
• Застосування наночастинок
• Функціоналізація частинок
• Реакції фазового перенесення
• Кристалізація / Осадження
• Харчова промисловість
• Паперова промисловість
• Переробка біомаси

Як придбати правильний ультразвуковий дезінтегратор?

Hielscher Ultrasonics – досвідчений виробник високоефективних ультразвукових дезінтеграторів, які використовуються для диспергування та руйнування частинок або розчинення порошків у рідинах. Як лідер ринку, Hielscher розробляє, виробляє та постачає ультразвукові дезінтегратори та гомогенізатори від лабораторного та настільного рівня до повного промислового масштабу.

Ми допоможемо вам відповісти на наступні запитання, щоб знайти найбільш підходящий ультразвуковий дезінтегратор для вашого застосування та потреб:

• Яке ваше цільове застосування?
• Який типовий об’єм, який потрібно обробити?
• Які критичні фактори процесу?
• Які стандарти якості, яких потрібно досягти?

Наші добре підготовлені та досвідчені співробітники допоможуть вам з будь-якими питаннями та розробкою вашого процесу. Hielscher Ultrasonics пропонує глибоке консультування щодо ультразвукових процесів, щоб допомогти нашим клієнтам знайти оптимальний ультразвуковий пристрій. Але сервіс Hielscher не закінчується тут: ми навчаємо клієнтів або на їхніх підприємствах, або в нашій лабораторії ультразвукових процесів та технічному центрі, щоб допомогти їм під час розробки процесу, оптимізації та масштабування.
Промислові ультразвукові процесори Hielscher Ultrasonics легко забезпечують дуже високі амплітуди, які необхідні для руйнування твердих частинок та агломератів або для обробки суспензій з високою концентрацією твердих речовин. Промислові дезінтегратори Hielscher можуть працювати з амплітудою до 200µm безперервно в режимі 24/7. Для ще вищих амплітуд доступні індивідуальні ультразвукові сонотроди. Додаткові аксесуари, такі як підсилювальні рожки, проточні комірки, реактори для ультразвукової обробки та повні системи рециркуляції, легко доступні та дозволяють налаштувати вашу ультразвукову систему відповідно до вимог вашого процесу.

Складні ультразвукові дезінтегратори та розчинювачі

Hielscher Ultrasonics зосереджується на високопродуктивних дезінтеграторах з найвищою зручністю використання та передовими технічними досягненнями. Це означає, що стандарти лабораторних дезінтеграторів Hielscher дедалі більше адаптуються до інтелекту промислового обладнання. Користувач може керувати цифровими ультразвуковими апаратами Hielscher через браузерне дистанційне керування. Програмне забезпечення автоматичного запису даних записує всі важливі ультразвукові параметри, такі як чиста потужність, загальна потужність, амплітуда, температура, тиск, час та дата, у файл CSV на вбудованій SD-картці. Крім того, ультразвуковий дезінтегратор можна запрограмувати на автоматичне вимикання після визначеного часу або певного енерговкладу, або програмувати пульсуючі режими ультразвукової обробки. Знімні датчики температури та тиску дозволяють ретельно відстежувати умови зразка. Оскільки температурний контроль термочутливих матеріалів є критичним фактором для якості результатів процесу, Hielscher пропонує різні рішення для підтримання температури процесу в цільовому температурному діапазоні.
Складні функції ультразвукових апаратів Hielscher забезпечують найвищий контроль процесу, надійні та відтворювані результати ультразвукової обробки, зручність використання та комфорт у роботі.
Промислові ультразвукові процесори Hielscher Ultrasonics можуть забезпечувати дуже високі амплітуди. Амплітуди до 200µm можна легко підтримувати безперервно в режимі 24/7. Для ще вищих амплітуд доступні індивідуальні ультразвукові сонотроди. Здатність працювати з такими високими амплітудами дозволяє нашим клієнтам ефективно подрібнювати первинні частинки до нанорозміру. Надійність ультразвукового обладнання Hielscher дозволяє працювати 24/7 у важких умовах та у складних середовищах.
Дізнайтеся більше про ультразвукове розчинення та розчинювачі!

Якість – Вироблено в Німеччині

Як сімейний бізнес, Hielscher пишається високою якістю своїх ультразвукових процесорів. Усі ультразвукові апарати розробляються, виробляються та тестуються в нашій штаб-квартирі в Тельтові поблизу Берліна, Німеччина. Надійність ультразвукового обладнання Hielscher дозволяє працювати 24/7 у важких умовах та у складних середовищах.

Ви можете купити ультразвукові дезінтегратори Hielscher всіх різних розмірів, а ціновий діапазон пропонує доступний ультразвуковий апарат, що відповідає вашому бюджету. Від дезінтеграції частинок у невеликих лабораторних флаконах до безперервної дезінтеграції суспензій у потоці в промисловому виробництві – Hielscher Ultrasonics має відповідний дезінтегратор для вас! Будь ласка, зв’яжіться з нами – ми будемо раді порекомендувати вам найбільш підходящий ультразвуковий апарат!
Наведена нижче таблиця дає вам уявлення про приблизну продуктивність обробки наших ультразвукових апаратів: