Phân rã bằng siêu âm: Làm ướt, hòa tan, phân tán

Máy phân rã siêu âm được sử dụng rộng rãi để làm ướt, phân tán hoặc hòa tan các hạt và bột vào chất lỏng. Các máy siêu âm hiệu suất cao tạo ra lực cắt mạnh, phá vỡ các tập hợp hạt, khối kết tụ và hạt sơ cấp thành các hạt có kích thước hiển vi hoặc nano. Việc xử lý hạt đồng đều trong trường xâm thực âm tạo ra phân bố kích thước hạt hẹp và bề mặt hạt đồng nhất.

Máy phân rã siêu âm và các ứng dụng

Máy phân rã siêu âm tạo ra lực cắt mạnh, mang lại tác động cần thiết lên các chất rắn như hạt, tinh thể và sợi để phá vỡ chúng thành kích thước mục tiêu, ví dụ kích thước micromet hoặc nano. So với các phương pháp phân rã khác như máy trộn cánh có lực cắt cao, máy đồng hóa áp suất cao, máy nghiền bi, máy vi lưu hóa, v.v., máy phân rã siêu âm có một số ưu điểm lớn.

Ưu điểm của máy phân rã siêu âm

• Xâm thực và lực cắt cường độ cao
• Xử lý hạt đồng đều
• Nồng độ chất rắn cao
• Không có vòi phun / không tắc nghẽn
• Không cần vật liệu nghiền (tức là bi nghiền)
• Khả năng mở rộng quy mô tuyến tính
• Vận hành dễ dàng và an toàn
• Dễ vệ sinh
• Tiết kiệm thời gian và năng lượng

 

Nguyên lý hoạt động của máy phân rã siêu âm dạng đầu dò dựa trên việc tạo ra hiện tượng xâm thực âm. Sóng siêu âm cường độ cao được truyền vào môi trường xử lý (tức là chất lỏng hoặc huyền phù) thông qua đầu dò siêu âm. Sóng siêu âm lan truyền qua chất lỏng, tạo ra các chu kỳ áp suất cao và áp suất thấp luân phiên. Trong các chu kỳ áp suất thấp, các bọt chân không rất nhỏ, được gọi là bọt xâm thực, hình thành. Các bọt xâm thực này phát triển qua nhiều chu kỳ áp suất cho đến khi đạt kích thước mà tại đó chúng không thể hấp thụ thêm năng lượng. Lúc này, các bọt xâm thực sụp đổ dữ dội và tạo ra các điều kiện cực đoan cục bộ như nhiệt độ và áp suất rất cao, chênh lệch nhiệt độ và áp suất cực lớn (do tốc độ gia nhiệt / làm nguội cao và sự dao động áp suất), các dòng rối vi mô và các dòng chất lỏng có vận tốc lên đến 180m/s. Những điều kiện này gây ra tác động cơ học đáng kể lên các hạt trong môi trường, vì các dòng chất lỏng có vận tốc cao làm tăng tốc các hạt trong môi trường, khiến chúng va chạm với nhau. Thông qua va chạm giữa các hạt, chất rắn (ví dụ: hạt, sợi, tế bào) bị bào mòn, vỡ vụn và phân mảnh thành các mảnh có kích thước micromet và nano.
Các dòng rối mạnh do quá trình xử lý siêu âm tạo ra làm tăng sự truyền khối giữa các pha, qua đó thúc đẩy quá trình hòa tan bột hoặc các phản ứng hóa học dị thể. Điều này khiến máy phân rã siêu âm trở thành công cụ được ưu tiên để tăng cường các quá trình như nghiền, phân tán, nhũ hóa và hòa tan.

Đọc thêm về việc tăng cường các phản ứng hóa học bằng siêu âm (hóa học siêu âm)!

Các ứng dụng của máy phân rã siêu âm

• Nghiền và nghiền mịn
• Phá kết tụ và phân tán
• Nhũ hóa
• Hòa tan bột
• Cải thiện sự truyền khối
• Các phản ứng hóa học siêu âm

Máy phân rã siêu âm để giảm kích thước hạt

Máy phân rã siêu âm được sử dụng để giảm kích thước hạt và phân bố hạt, dù đó là quá trình thực sự làm nhỏ các hạt sơ cấp (được gọi là nghiền) hay phá vỡ các khối kết tụ (được gọi là phá kết tụ / phân tán).

Máy phân rã siêu âm dùng để nghiền và nghiền mịn

Hiện tượng xâm thực do siêu âm tạo ra sinh ra lực cắt mạnh và từ đó gây ra va chạm giữa các hạt. Các chất rắn trong huyền phù đóng vai trò là vật liệu nghiền (tương tự như bi hoặc hạt trong máy nghiền bi / hạt): Chúng được gia tốc bởi các dòng chất lỏng do xâm thực tạo ra, vốn dễ dàng đạt vận tốc lên đến 180m/s. Khi các hạt va vào nhau với tốc độ lớn như vậy, chúng vỡ và phân mảnh thành các mảnh có kích thước micromet và nano. Máy phá vỡ bằng siêu âm thậm chí có thể phá vỡ các hạt sơ cấp. Các buồng phản ứng siêu âm dạng dòng chảy đảm bảo tất cả các hạt được xử lý đồng đều, nhờ đó quá trình nghiền bằng siêu âm tạo ra phân bố kích thước hạt hẹp.
Nhấp vào đây để tìm hiểu thêm về nghiền bằng siêu âm!

Máy phá vỡ bằng siêu âm để phá kết tụ và phân tán

Các thông số của quá trình siêu âm có thể được kiểm soát rất chính xác, nhờ đó máy phá vỡ bằng siêu âm có thể nghiền các hạt sơ cấp khi áp dụng biên độ cao và áp suất tăng cao. Mặt khác, các hệ thống phá vỡ bằng siêu âm cũng có thể vận hành ở biên độ thấp hơn và điều kiện nhẹ hơn, sao cho cấu trúc và bề mặt hạt vẫn nguyên vẹn, trong khi các khối kết tụ bị phá vỡ và các hạt riêng lẻ được phân bố đồng đều trong huyền phù.
Nhấp vào đây để tìm hiểu thêm về phá kết tụ và phân tán bằng siêu âm!

Phân tán silica khói bằng siêu âm: Máy đồng nhất siêu âm Hielscher UP400S phân tán bột silica thành các hạt nano riêng lẻ một cách nhanh chóng và hiệu quả.

Máy phá vỡ bằng siêu âm để nhũ hóa

Khi hai chất lỏng không hòa lẫn (ví dụ: nước và dầu) được xử lý bằng siêu âm, hiện tượng xâm thực siêu âm phá vỡ các giọt chất lỏng – tạo ra các giọt rất nhỏ của hai pha không hòa lẫn, sau đó chúng được trộn với nhau. Vì máy phá vỡ bằng siêu âm dễ dàng tạo ra các giọt có kích thước nano, các nhũ tương siêu âm đã được ổn định có độ ổn định lâu dài và vẻ ngoài trong suốt.
Nhấp vào đây để đọc thêm về nhũ hóa nano bằng siêu âm!

Máy phá vỡ bằng siêu âm để hòa tan

Máy phá vỡ bằng siêu âm được sử dụng để hòa tan bột và viên nén theo một quy trình nhanh chóng, dễ dàng và an toàn. Hiện tượng xâm thực do siêu âm tạo ra làm xói mòn bề mặt chất rắn và vận chuyển các mảnh bị xói mòn vào chất lỏng, từ đó tạo ra dung dịch đồng nhất.
Trong ngành dược phẩm, hòa tan viên nén là công việc hằng ngày, ví dụ như để phục vụ mục đích phân tích. Khi viên nén tiếp xúc với môi trường nước, viên nén hòa tan chậm trong một quá trình rất tốn thời gian. Ngay cả khi sử dụng máy khuấy thông thường hoặc máy khuấy cánh, việc hòa tan hoàn toàn viên nén vẫn tốn thời gian. Hiện tượng xâm thực siêu âm và lực cắt cực kỳ mạnh của nó tách các hạt ra khỏi viên nén và vận chuyển chúng vào chất pha loãng, qua đó duy trì liên tục quá trình truyền khối giữa bề mặt viên nén và chất pha loãng mới, chưa bão hòa. Điều này khiến hòa tan bằng siêu âm trở thành một quá trình cực kỳ nhanh chóng và hiệu quả, giúp đẩy nhanh quá trình hòa tan thuốc.
Nhấp vào đây để đọc thêm về hòa tan bằng siêu âm!

Hòa tan là một trong nhiều ứng dụng của siêu âm công suất cao. Video trình diễn quá trình hòa tan nhanh kẹo dẻo hình em bé trong nước bằng Hielscher UP200St.

Máy phá vỡ cơ học hoạt động như thế nào?

Máy phá vỡ bằng siêu âm trong phòng thí nghiệm sử dụng cùng nguyên lý cơ học như máy phá vỡ công nghiệp. Các hệ thống trộn phá vỡ các khối kết tụ và kết tập, hòa tan chất rắn hoặc phân tán các hạt rắn trong hỗn hợp chất lỏng. Quá trình phá vỡ bằng siêu âm sử dụng một đầu dò siêu âm cường độ cao trong bồn xử lý theo mẻ hoặc trong thiết bị phản ứng buồng dòng chảy trên đường ống. Đầu dò (sonotrode) của máy phá vỡ bằng siêu âm dao động trong chất lỏng ở tần số rất cao và tạo ra hiện tượng xâm thực siêu âm mạnh trong chất lỏng. Mỗi lần một bọt xâm thực sụp đổ đều tạo ra các lực cắt mạnh, phá vỡ các khối kết tụ, kết tập và thậm chí cả các hạt sơ cấp. Ngoài ra, hiện tượng xâm thực siêu âm còn tạo ra dòng chảy xâm thực tốc độ cao lên đến 1000km/h. Các tia chất lỏng do xâm thực tạo ra va đập vào các khối hạt kết tụ, phá vỡ thành tế bào, cải thiện sự truyền khối trong huyền phù và phân tán chất rắn khắp thể tích chất lỏng. Trong trường xâm thực siêu âm, áp suất luân phiên thay đổi nhanh chóng và lặp đi lặp lại giữa chân không và mức lên đến 1000bar. Một máy trộn quay có 4 cánh trộn sẽ cần hoạt động ở tốc độ đáng kinh ngạc là 300.000 RPM để đạt được cùng tần số của các chu kỳ áp suất luân phiên. Các máy trộn quay thông thường và máy trộn rôto–stato không tạo ra lượng xâm thực đáng kể do giới hạn về tốc độ.

Bạn quan tâm đến phương pháp tổng hợp hạt nano từ dưới lên? – Nhấp vào đây để đọc thêm!

Máy phá vỡ bằng siêu âm trong phòng thí nghiệm

Thiết bị siêu âm dạng đầu dò là công cụ rất hữu ích trong mọi phòng thí nghiệm. Đầu dò siêu âm (còn gọi là sonotrode) là một thanh titan có hình dạng đơn giản, dễ vệ sinh, truyền dao động siêu âm vào chất lỏng. Hielscher sản xuất các đầu dò và đầu mút siêu âm với nhiều kích thước khác nhau. Đối với các công việc phá vỡ chất rắn phổ biến nhất trong phòng thí nghiệm, đầu dò siêu âm có đường kính đầu mút 3, 7, 14 hoặc 22mm rất hữu ích. Các đầu dò có kích thước khác và đầu dò siêu âm có kích thước tùy chỉnh cũng có sẵn. Các thiết bị siêu âm điển hình dùng để phá vỡ trong phòng thí nghiệm có công suất siêu âm từ 100 đến 400 watt.

Máy phá vỡ bằng siêu âm công nghiệp

Máy phá vỡ công nghiệp của Hielscher là các thiết bị xử lý siêu âm công suất cao được thiết kế để phá vỡ liên tục các dòng huyền phù lớn trong điều kiện vận hành tải nặng. Các hệ thống công nghiệp này có thể dễ dàng xử lý nồng độ chất rắn cao. Đầu dò siêu âm công nghiệp được trang bị mặt bích có thể lắp vào bồn thép, thiết bị phản ứng bằng thủy tinh hoặc thùng chứa bằng nhựa theo bất kỳ hướng nào. Việc tăng áp cho bình xử lý siêu âm hoặc buồng dòng chảy làm tăng cường hiện tượng xâm thực âm học và qua đó tăng cường quá trình xử lý siêu âm. Thiết bị phá vỡ bằng siêu âm công nghiệp điển hình có công suất siêu âm từ 1000 đến 16.000 watt trên mỗi sonotrode.

Các ngành sử dụng rộng rãi công nghệ phá vỡ bằng siêu âm:

• Phân tán, hòa tan, trộn các công thức phối chế rắn/lỏng
• Khoa học vật liệu
• Chuẩn bị mẫu trước khi phân tích
• Các ứng dụng hạt nano
• Chức năng hóa hạt
• Phản ứng chuyển pha
• Kết tinh / Kết tủa
• Chế biến thực phẩm
• Ngành giấy
• Phân hủy sinh khối

Làm thế nào để mua đúng máy phá vỡ bằng siêu âm?

Hielscher Ultrasonics là nhà sản xuất có nhiều năm kinh nghiệm về máy phá vỡ bằng siêu âm hiệu suất cao, được sử dụng để phân tán và phá vỡ các hạt hoặc hòa tan bột trong chất lỏng. Là đơn vị dẫn đầu thị trường, Hielscher thiết kế, sản xuất và phân phối máy phá vỡ và máy đồng hóa siêu âm từ quy mô phòng thí nghiệm và thiết bị để bàn đến quy mô công nghiệp hoàn chỉnh.

Chúng tôi giúp bạn trả lời những câu hỏi sau để tìm ra máy phá vỡ bằng siêu âm phù hợp nhất với ứng dụng và nhu cầu của bạn:

• Ứng dụng mục tiêu của bạn là gì?
• Thể tích điển hình cần xử lý là bao nhiêu?
• Những yếu tố then chốt của quá trình là gì?
• Cần đạt được những tiêu chuẩn chất lượng nào?

Đội ngũ nhân viên được đào tạo bài bản và giàu kinh nghiệm của chúng tôi sẽ hỗ trợ bạn giải đáp mọi thắc mắc và xây dựng ý tưởng cho quy trình của bạn. Hielscher Ultrasonics cung cấp dịch vụ tư vấn chuyên sâu về các quy trình siêu âm để giúp khách hàng tìm được thiết bị siêu âm tối ưu. Dịch vụ của Hielscher còn bao gồm việc đào tạo khách hàng tại cơ sở của họ hoặc tại phòng thí nghiệm quy trình siêu âm và trung tâm kỹ thuật của chúng tôi nhằm hỗ trợ họ trong quá trình phát triển, tối ưu hóa và mở rộng quy mô quy trình.
Các thiết bị xử lý siêu âm công nghiệp của Hielscher Ultrasonics dễ dàng tạo ra biên độ rất cao, cần thiết để phá vỡ các hạt cứng và các khối kết tụ hoặc để xử lý huyền phù có nồng độ chất rắn cao. Các thiết bị phá vỡ bằng siêu âm công nghiệp của Hielscher có thể vận hành liên tục 24/7 với biên độ lên đến 200µm. Đối với biên độ cao hơn nữa, có các đầu dò siêu âm được chế tạo theo yêu cầu. Các phụ kiện khác như bộ tăng biên độ, buồng dòng chảy, thiết bị phản ứng siêu âm và hệ thống tuần hoàn hoàn chỉnh luôn sẵn có, cho phép cấu hình hệ thống siêu âm phù hợp với các yêu cầu quy trình của bạn.

Thiết bị phá vỡ và hòa tan bằng siêu âm tiên tiến

Hielscher Ultrasonics tập trung vào các thiết bị phá vỡ hiệu suất cao với mức độ thân thiện với người dùng cao nhất và những tiến bộ kỹ thuật hiện đại nhất. Điều này có nghĩa là các tiêu chuẩn của thiết bị phá vỡ trong phòng thí nghiệm của Hielscher ngày càng tiệm cận mức độ thông minh của máy móc công nghiệp. Người dùng có thể điều khiển các thiết bị siêu âm kỹ thuật số của Hielscher từ xa qua trình duyệt. Phần mềm ghi dữ liệu tự động lưu tất cả các thông số siêu âm quan trọng như công suất thuần, tổng công suất, biên độ, nhiệt độ, áp suất, thời gian và ngày tháng dưới dạng tệp CSV trên thẻ SD tích hợp. Ngoài ra, có thể lập trình thiết bị phá vỡ bằng siêu âm để tự động tắt sau một khoảng thời gian xác định hoặc khi đạt một mức năng lượng đầu vào cụ thể, hoặc lập trình các chế độ xử lý siêu âm dạng xung. Các cảm biến nhiệt độ và áp suất có thể cắm nối cho phép theo dõi kỹ lưỡng các điều kiện của mẫu. Vì việc kiểm soát nhiệt độ của vật liệu nhạy nhiệt là yếu tố then chốt đối với chất lượng kết quả quy trình, Hielscher cung cấp nhiều giải pháp để duy trì nhiệt độ quy trình trong khoảng nhiệt độ mục tiêu.
Các chức năng tiên tiến của thiết bị siêu âm Hielscher bảo đảm mức độ kiểm soát quy trình cao nhất, kết quả xử lý siêu âm đáng tin cậy và có thể tái lập, sự thân thiện với người dùng và sự thoải mái khi làm việc.
Các thiết bị xử lý siêu âm công nghiệp của Hielscher Ultrasonics có thể tạo ra biên độ rất cao. Có thể dễ dàng vận hành liên tục 24/7 với biên độ lên đến 200µm. Đối với biên độ cao hơn nữa, có các đầu dò siêu âm được chế tạo theo yêu cầu. Khả năng vận hành ở biên độ cao như vậy cho phép khách hàng của chúng tôi nghiền hiệu quả các hạt sơ cấp xuống kích thước nano. Độ bền của thiết bị siêu âm Hielscher cho phép vận hành 24/7 ở chế độ làm việc nặng và trong các môi trường khắc nghiệt.
Đọc thêm về quá trình hòa tan và thiết bị hòa tan bằng siêu âm!

Chất lượng – Sản xuất tại Đức

Là doanh nghiệp do gia đình sở hữu và điều hành, Hielscher tự hào về chất lượng cao của các thiết bị xử lý siêu âm của mình. Tất cả các thiết bị siêu âm đều được thiết kế, sản xuất và kiểm tra tại trụ sở chính của chúng tôi ở Teltow gần Berlin, Đức. Độ bền của thiết bị siêu âm Hielscher cho phép vận hành 24/7 ở chế độ làm việc nặng và trong các môi trường khắc nghiệt.

Bạn có thể mua thiết bị phá vỡ bằng siêu âm của Hielscher với đủ các kích cỡ khác nhau, và dải giá có các thiết bị siêu âm có giá cả phải chăng, phù hợp với ngân sách của bạn. Từ phá vỡ hạt trong các lọ nhỏ ở phòng thí nghiệm đến phá vỡ huyền phù theo dòng chảy liên tục trong sản xuất công nghiệp, Hielscher Ultrasonics đều có thiết bị phá vỡ phù hợp cho bạn! Hãy liên hệ với chúng tôi – chúng tôi rất vui được giới thiệu thiết bị siêu âm phù hợp nhất cho bạn!
Bảng dưới đây cho biết công suất xử lý gần đúng của các thiết bị siêu âm của chúng tôi: