Trộn lực cắt cao bằng siêu âm
Máy trộn lực cắt cao tác động lực cắt lớn vào chất lỏng và huyền phù để phân tán, phối trộn và nhũ hóa đồng đều hai hoặc nhiều pha lỏng–rắn hoặc lỏng–lỏng. Quá trình xử lý siêu âm tạo ra lực cắt lớn thông qua hiện tượng xâm thực âm, xảy ra khi siêu âm công suất cao được truyền vào chất lỏng. Máy trộn siêu âm lực cắt cao là công nghệ trộn ưu việt, dễ dàng vượt trội so với các máy trộn cánh lực cắt cao, máy trộn đa trục, máy đồng hóa áp suất cao, máy nghiền keo và máy khuấy cánh thường được sử dụng.
Lợi ích của máy trộn siêu âm lực cắt cao
Máy trộn siêu âm lực cắt cao có nhiều loại, từ máy đồng hóa phòng thí nghiệm 50W đến hệ thống trộn công nghiệp có công suất lên đến 16.000W. Danh mục đa dạng gồm các máy trộn siêu âm lực cắt cao dùng trong phòng thí nghiệm, loại để bàn và loại công nghiệp cho phép lựa chọn máy trộn siêu âm lực cắt cao lý tưởng cho ứng dụng và sản lượng của bạn.
Biên độ cao tại đầu dò siêu âm tạo ra hiện tượng xâm thực mạnh với các dòng chất lỏng có vận tốc cao và dòng chảy rối phức tạp. Tác động cắt thủy lực và cơ học mạnh do siêu âm tạo ra làm giảm kích thước các hạt và giọt xuống mức micromet và nanomet. Vì các thông số của quá trình xử lý siêu âm có thể được kiểm soát và điều chỉnh chính xác, tác động của quá trình trộn, nghiền hoặc phân tán có thể được điều chỉnh chính xác cho phù hợp với vật liệu và mục tiêu của quy trình. Máy trộn siêu âm lực cắt cao rút ngắn thời gian trộn / nghiền và tạo ra các hệ phân tán mịn và siêu mịn một cách đáng tin cậy.
Máy trộn siêu âm có thể được sử dụng cho các quy trình theo mẻ và quy trình dòng chảy trực tiếp trên đường ống. Sự đa dạng của các buồng dòng chảy và thiết bị phản ứng siêu âm cho phép trộn các dòng có lưu lượng và độ nhớt rất khác nhau. Máy trộn siêu âm lực cắt cao có thể xử lý nồng độ chất rắn rất cao và ngay cả các hạt có tính mài mòn rất cao cũng không gây trở ngại.
Trộn lực cắt cao bằng siêu âm hoạt động như thế nào?
Máy trộn siêu âm lực cắt cao sử dụng cùng nguyên lý cơ học với các hệ thống trộn công nghiệp như máy trộn cánh lực cắt cao, máy trộn đa trục, máy nghiền keo, máy đồng hóa áp suất cao và hệ thống máy khuấy cánh. Các hệ thống trộn siêu âm được sử dụng để phân tán và nghiền hạt, nhũ hóa pha dầu và pha nước, hòa tan chất rắn và tạo ra hỗn hợp đồng nhất của mọi loại vật liệu trong chất lỏng và huyền phù. Máy trộn siêu âm lực cắt cao tích hợp một đầu dò siêu âm vào bình trộn, chẳng hạn như bồn trộn theo mẻ hoặc buồng dòng chảy. Đầu dò của thiết bị 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. Sự sụp đổ của các bọt xâm thực tạo ra lực cắt mạnh, phá vỡ và làm vỡ các giọt, khối kết tụ, khối kết tập và thậm chí cả các hạt sơ cấp. Do xâm thực siêu âm tạo ra dòng chảy xâm thực có vận tốc cao lên đến 1000km/h, các tia chất lỏng do xâm thực làm tăng tốc các hạt. Khi các hạt đã được tăng tốc va chạm với nhau, chúng đóng vai trò là vật liệu nghiền. Sau đó, các hạt va chạm vỡ ra và giảm xuống kích thước micromet hoặc nanomet. Trong trường xâm thực siêu âm, áp suất luân phiên nhanh chóng và liên tục 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. Máy trộn quay thông thường và máy trộn rôto–stato không tạo ra lượng xâm thực đáng kể do hạn chế về tốc độ.
Máy trộn siêu âm lực cắt cao UIP2000hdT, một thiết bị trộn mạnh mẽ có công suất 2kW
Mẹo xử lý: Trộn siêu âm dưới áp suất
Việc tạo áp suất trong thiết bị phản ứng siêu âm hoặc buồng dòng chảy làm tăng cường hiện tượng xâm thực âm. Hielscher Ultrasonics cung cấp nhiều loại buồng dòng chảy và thiết bị phản ứng khác nhau, có thể dễ dàng được tăng áp lên đến 5 barg. Các thiết bị phản ứng siêu âm được tùy chỉnh có thể chịu được áp suất cao hơn, lên đến 300barg.
Máy trộn siêu âm lực cắt cao và các ứng dụng
Máy trộn siêu âm lực cắt cao tạo ra lực cắt mạnh, tác động cần thiết lên các hạt như chất rắn, giọt chất lỏng, tinh thể và sợi để phá vỡ và giảm chúng xuống kích thước mục tiêu, có thể nằm trong phạm vi micromet hoặc nanomet. Tùy thuộc vào độ cứng và độ giòn của vật liệu, các thông số xử lý siêu âm có thể được điều chỉnh chính xác để đạt được kết quả trộn mong muốn. Khi so sánh với các phương pháp trộn thay thế như máy khuấy cánh lực cắt cao, máy đồng hóa áp suất cao, máy nghiền keo / nghiền bi, máy trộn trục, v.v., thiết bị phá vỡ bằng siêu âm mang lại một số ưu điểm lớn.
Ưu điểm của máy trộn siêu âm lực cắt cao
- 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 & an toàn
- Dễ vệ sinh
- Tiết kiệm thời gian & năng lượng
Máy trộn siêu âm lực cắt cao để giảm kích thước hạt
Thiết bị phá vỡ bằng siêu âm được sử dụng để giảm kích thước hạt và phân bố hạt, dù đó là quá trình nghiền nhỏ thực sự các hạt sơ cấp (được gọi là nghiền) hay phá vỡ các cụm kết tụ (được gọi là phá kết tụ / phân tán).
Đọc thêm về nghiền và phân tán hạt bằng siêu âm!
Máy trộn siêu âm lực cắt cao để nhũ hóa
Khi hai chất lỏng không hòa lẫn (ví dụ: nước và dầu) được xử lý bằng máy trộn siêu âm dạng đầu dò, hiện tượng xâm thực siêu âm phá vỡ các giọt chất lỏng – tạo ra những giọt rất nhỏ của hai pha không hòa lẫn, sau đó các giọt này được trộn với nhau. Vì máy trộn siêu âm lực cắt cao dễ dàng tạo ra các giọt có kích thước nanomet, nhũ tương siêu âm đã được ổn định có độ ổn định lâu dài và vẻ ngoài trong suốt.
Vì mỗi loại nhũ tương đều có ngưỡng nhũ hóa / lực cắt riêng, tại đó đạt được kích thước và đặc tính giọt tối ưu, việc điều chỉnh chính xác các thông số trộn là rất quan trọng. Trong khi lực cắt quá thấp tạo ra các giọt quá lớn, nhanh chóng hợp giọt và dẫn đến tách pha, lực cắt quá cao có thể phá hỏng sản phẩm. Máy trộn siêu âm lực cắt cao có thể được điều khiển và điều chỉnh chính xác theo nhu cầu của quy trình.
Nhấp vào đây để đọc thêm về nhũ hóa nano bằng siêu âm!
Máy trộn siêu âm lực cắt cao UP200Ht dùng để nhũ hóa
Máy trộn siêu âm lực cắt cao để phối trộn và hòa tan
Máy trộn siêu âm lực cắt cao được sử dụng để phối trộn, nghiền, phân tán và hòa tan các hạt như bột, chất màu và sợi thông qua một quy trình nhanh chóng, đáng tin cậy và dễ thực hiện. Hiện tượng xâm thực do siêu âm tạo ra làm tăng quá trình truyền khối giữa chất rắn và chất lỏng. Xâm thực siêu âm tác động mạnh lên các hạt rắn: Các dòng chất lỏng do xâm thực tạo ra bào mòn bề mặt chất rắn và vận chuyển các mảnh bị bào mòn vào chất lỏng, qua đó tạo thành huyền phù đồng nhất.
Nhấp vào đây để đọc thêm về hòa tan bằng siêu âm!
Ứng dụng của máy trộn siêu âm lực cắt cao
- Nghiền & nghiền mịn
- Phá kết tụ & phân tán
- Nhũ hóa
- Hòa tan bột
- Cải thiện quá trình truyền khối
- Phản ứng hóa siêu âm
Hệ thống SonoStation – một hệ thống siêu âm với 2x thiết bị siêu âm 2kW, bồn khuấy và bơm – là một hệ thống thân thiện với người dùng dành cho các ứng dụng phối trộn, nghiền và phân tán.
Máy trộn lực cắt cao ở mọi quy mô
Hielscher Ultrasonics thiết kế, sản xuất và phân phối máy trộn lực cắt cao hiệu suất cao, từ thiết bị phòng thí nghiệm nhỏ gọn nhưng mạnh mẽ đến máy trộn lực cắt cao quy mô thí điểm và công nghiệp để xử lý các dòng có thể tích lớn ở quy mô sản xuất thương mại.
Máy trộn lực cắt cao cho phòng thí nghiệm
Máy trộn siêu âm dạng đầu dò là công cụ đã được sử dụng rộng rãi trong mọi phòng thí nghiệm. Vì các quy trình siêu âm có thể được mở rộng quy mô tuyến tính lên thể tích lớn, máy trộn siêu âm lực cắt cao Hielscher là lựa chọn lý tưởng để phát triển và tối ưu hóa quy trình của bạn ở quy mô nhỏ. Sau đó, khi đã xác lập các thông số quy trình tối ưu, ứng dụng trộn của bạn có thể được mở rộng quy mô tuyến tính lên sản xuất thí điểm và sản xuất hàng loạt.
Hielscher cung cấp máy trộn siêu âm lực cắt cao cho công việc ở quy mô phòng thí nghiệm với công suất trộn siêu âm từ 50 đến 400 oát.
Máy trộn lực cắt cao cho công nghiệp
Máy trộn lực cắt cao công nghiệp của Hielscher là các thiết bị xử lý siêu âm công suất cao được thiết kế để nghiền, phân tán, nhũ hóa và phối trộn các dòng huyền phù lớn trong điều kiện vận hành khắc nghiệt. Các máy trộn công nghiệp này dễ dàng xử lý huyền phù có nồng độ chất rắn cao và các hạt có tính mài mòn. Các đầu dò (sonotrode) của máy trộn siêu âm lực cắt cao công nghiệp được trang bị mặt bích để có thể lắp máy trộn vào bồn thép, bình thủy tinh hoặc thùng nhựa theo bất kỳ hướng nào. Điều này cho phép tăng áp suất trong bình xử lý siêu âm. Việc tạo áp suất trong bình siêu âm hoặc buồng dòng chảy làm tăng cường hiện tượng xâm thực âm, qua đó tăng cường quá trình trộn bằng siêu âm. Hielscher Ultrasonics cung cấp máy trộn lực cắt cao công nghiệp có công suất từ 500 đến 16.000 oát. Với UIP16000, Hielscher cung cấp máy trộn siêu âm lực cắt cao mạnh nhất thế giới.
Vật liệu có độ nhớt cao? – Không thành vấn đề! Tất cả các thiết bị xử lý siêu âm Hielscher thuộc dòng để bàn và công nghiệp đều có thể dễ dàng xử lý huyền phù có độ nhớt lên đến 250.000 centipoise. Với độ nhớt cao hơn 2.000 cPs, chúng tôi khuyến nghị sử dụng buồng dòng chảy kết hợp với bơm trục vít lệch tâm để cải thiện khả năng truyền sóng siêu âm vào chất lưu.
Làm thế nào để tìm được máy trộn siêu âm lực cắt cao phù hợp?
Hielscher Ultrasonics là nhà sản xuất có nhiều năm kinh nghiệm về các hệ thống trộn siêu âm lực cắt cao mạnh mẽ và đáng tin cậy, được sử dụng để phân tán và phá vỡ các hạt, tạo nhũ tương nano hoặc hòa tan bột trong chất lỏng. Là đơn vị dẫn đầu thị trường máy trộn siêu âm, Hielscher thiết kế, sản xuất và phân phối máy trộn siêu âm lực cắt cao và máy đồng hóa từ quy mô phòng thí nghiệm và để bàn đến quy mô thí điểm và công nghiệp hoàn chỉnh.
Việc trả lời các câu hỏi sau sẽ giúp tìm được máy trộn lực cắt cao phù hợp nhất cho quy trình của bạn:
- Ứng dụng mục tiêu của bạn là gì?
- Thể tích điển hình cần xử lý là bao nhiêu?
- Các yếu tố then chốt của quy trình là gì?
- Cần đáp ứng 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 giải đáp mọi câu hỏi và giúp bạn xây dựng ý tưởng cho quy trình trộn. Hielscher Ultrasonics cung cấp dịch vụ tư vấn chuyên sâu về xử lý siêu âm để giúp khách hàng tìm được máy trộn siêu âm lực cắt cao lý tưởng nhất. Dịch vụ của Hielscher còn bao gồm 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 xử lý huyền phù có nồng độ chất rắn cao. Máy trộn công nghiệp Hielscher dễ dàng vận hành ở biên độ lên đến 200µm liên tục 24/7. Nếu các quy trình cụ thể yêu cầu biên độ cao hơn nữa, chúng tôi có các đầu dò siêu âm được chế tạo theo yêu cầu. Các phụ kiện như bộ khuếch đại 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 trộn siêu âm sao cho phù hợp tối ưu với yêu cầu quy trình của bạn. Tất cả các đầu sonotrode và thiết bị phản ứng, vốn là những bộ phận duy nhất tiếp xúc với môi trường xử lý, đều có thể được vệ sinh và tiệt trùng tại chỗ (CIP/SIP).
Máy trộn siêu âm lực cắt cao tiên tiến
Hielscher Ultrasonics tập trung vào các thiết bị phá vỡ tế bào 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 tế bào dùng 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 vào cho phép theo dõi kỹ lưỡng điều kiện của mẫu. Vì kiểm soát nhiệt độ của các vật liệu nhạy nhiệt là yếu tố then chốt đối với chất lượng kết quả xử lý, Hielscher cung cấp nhiều giải pháp để duy trì nhiệt độ quá trình trong khoảng nhiệt độ mục tiêu.
Các chức năng tinh vi của thiết bị siêu âm Hielscher bảo đảm mức độ kiểm soát quá trình cao nhất, kết quả xử lý siêu âm đáng tin cậy và có khả năng tái lập, sự thân thiện với người dùng và sự thoải mái khi làm việc.
Chất lượng – Sản xuất tại Đức
Là doanh nghiệp do gia đình sở hữu và điều hành, Hielscher ưu tiên các tiêu chuẩn chất lượng cao nhất cho 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 kỹ lưỡng tại trụ sở chính của chúng tôi ở Teltow gần Berlin, Đức. Độ bền và độ tin cậy của thiết bị siêu âm Hielscher giúp thiết bị trở thành lực lượng chủ lực trong hoạt động sản xuất của bạn. Vận hành 24/7 ở mức đầy tải và trong môi trường khắc nghiệt là đặc tính vốn có của các máy trộn hiệu suất cao của Hielscher.
Bạn có thể mua máy trộn siêu âm lực cắt cao của Hielscher với nhiều kích cỡ khác nhau và được cấu hình phù hợp với quy trình của bạn. Từ xử lý chất lỏng trong cốc thí nghiệm nhỏ đến trộn huyền phù theo dòng chảy liên tục ở quy mô công nghiệp, Hielscher Ultrasonics đều cung cấp máy trộn lực cắt cao phù hợp với bạn! Hãy liên hệ với chúng tôi – chúng tôi rất vui được đề xuất cấu hình máy trộn siêu âm lý tưởng cho bạn!
Bảng dưới đây cho biết năng lực xử lý gần đúng của các thiết bị siêu âm của chúng tôi:
| Thể tích mẻ | Lưu lượng | Thiết bị được khuyến nghị |
|---|---|---|
| 1 đến 500mL | 10 đến 200mL/min | UP100H |
| 10 đến 2000mL | 20 đến 400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0,1 đến 20L | 0,2 đến 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 đến 100L | 2 đến 10L/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 đến 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | lớn hơn | cụm thiết bị UIP16000 |
Liên hệ với chúng tôi! / Đặt câu hỏi cho chúng tôi!
Máy đồng nhất siêu âm công suất cao từ quy mô phòng thí nghiệm đến quy mô thí điểm và quy mô công nghiệp .
Những thông tin đáng biết
Thiết bị siêu âm và việc sử dụng chúng làm máy trộn lực cắt cao
Thiết bị siêu âm là các thiết bị siêu âm dạng đầu dò, được đặc trưng bởi việc truyền dao động siêu âm qua đầu dò siêu âm vào môi trường xử lý. Đầu dò, còn được gọi là sonotrode, là một thanh titan dao động ở tần số siêu âm, ví dụ 20kHz. Dao động ở 20 kHz có nghĩa là bề mặt nằm ngang của đầu dò giãn ra và co lại 20.000 lần mỗi giây. Những chuyển động nhanh này trong dải tần số siêu âm tại đầu mút của đầu dò được truyền vào chất lỏng. Trong chất lỏng, sóng siêu âm lan truyền qua môi trường và tạo ra các chu kỳ áp suất cao / áp suất thấp luân phiên. Trong chu kỳ áp suất thấp, các bọt chân không cực nhỏ hình thành và phát triển qua nhiều chu kỳ áp suất cho đến khi đạt tới điểm không thể hấp thụ thêm năng lượng. Tại thời điểm phát triển cực đại, bọt xâm thực vỡ dữ dội. Sự sụp đổ này tạo ra một vùng có mật độ năng lượng cao với nhiệt độ và áp suất rất cao, các chênh lệch nhiệt độ và áp suất tương ứng, các dòng chất lỏng có vận tốc lên đến 180m/sec và dòng chảy rối. Năng lượng xâm thực này tác động mạnh lên chất lỏng và huyền phù, mang lại kết quả vượt trội trong trộn, phối trộn, nghiền, phân tán và nhũ hóa. Máy trộn siêu âm lực cắt cao dễ dàng tạo ra các hạt và giọt có kích thước nano với phân bố kích thước hạt / giọt rất hẹp.
Đọc tại đây để tìm hiểu sự khác biệt giữa xử lý bằng xâm thực siêu âm / âm học và xử lý bằng xâm thực thủy động lực học!
Các ngành thường sử dụng máy trộn siêu âm có lực cắt cao
- Phân tán, hòa tan, trộn các công thức phối chế rắn/lỏng
- Nhũ hóa
- Khoa học vật liệu
- Chuẩn bị mẫu trước khi phân tích
- Ứng dụng hạt nano
- Chức năng hóa hạt
- Phản ứng chuyển pha
Tài liệu / Tài liệu tham khảo
- Pohl M.; Schubert H. (2004): Dispersion and deagglomeration of nanoparticles in aqueous solutions. International Congress for Particle Technology PARTEC 2004; Nuremberg, Germany.
- Thomas Leong, Muthupandian Ashokkumar, Sandra Kentish(2011): The Fundamentals of Power Ultrasound. – A Review. Acoustics Australia, 54 – Vol. 39 August 2011.
- Karl A. Kusters, Sotiris E. Pratsinis, Steven G. Thoma, Douglas M. Smith (1994): Energy-size reduction laws for ultrasonic fragmentation. Powder Technology, Volume 80, Issue 3, September 1994. 253-263.
- Pekarovicova, A.; Pekarovic, J. (2009): Emerging Pigment Dispersion Technologies. Pira International (2009).
- S.E. Karekar; B.A. Bhanvase; S.H. Sonawane; M.P. Deosarkar; D.V. Pinjari; A.B. Pandit(2014): Synthesis of zinc molybdate and zinc phosphomolybdate nanopigments by an ultrasound assisted route: Advantage over conventional method. Chemical Engineering and Processing 87; Nov. 2014.