Máy trộn siêu âm theo mẻ với lực cắt lớn cho quy mô phòng thí nghiệm và sản xuất

Làm ướt, hydrat hóa, đồng nhất hóa, nghiền, phân tán, nhũ hóa và hòa tan là những ứng dụng phổ biến của máy trộn siêu âm theo mẻ với lực cắt lớn của Hielscher. Quá trình trộn siêu âm theo mẻ được thực hiện ở tốc độ cao với kết quả đáng tin cậy và có khả năng tái lập, mang lại kết quả xử lý vượt trội ở quy mô phòng thí nghiệm, quy mô để bàn và quy mô sản xuất thương mại hoàn chỉnh. Máy đồng nhất hóa theo mẻ đa năng của Hielscher cho phép bạn trộn tốc độ cao để tạo ra các hỗn hợp rắn/lỏng và lỏng/lỏng đồng đều, đáp ứng yêu cầu về chất lượng sản phẩm cao nhất.

Trộn siêu âm tốc độ cao theo mẻ: Tăng cường quá trình bằng lực cắt lớn

• Phân tán nhanh: Phá kết tụ tức thì các vật liệu có kích thước dưới micromet và nano.
• Xử lý đa dạng: Lý tưởng cho môi trường có độ nhớt cao, dạng sệt và vật liệu có tính mài mòn.
• Mở rộng quy mô tuyến tính: Kết quả có khả năng tái lập hoàn toàn từ phòng thí nghiệm đến quy mô sản xuất hoàn chỉnh.
• Tiết kiệm năng lượng: Tiêu thụ năng lượng thấp hơn các công nghệ cạnh tranh.

Trộn tốc độ cao theo mẻ bằng lực cắt lớn do siêu âm tạo ra

Trộn siêu âm theo mẻ với lực cắt lớn là một bước tiến đáng kể so với các công nghệ thông thường như máy trộn rôto–stato, máy trộn tia và hệ thống UltraTurrax, mang lại hiệu suất xử lý và chất lượng sản phẩm vượt trội. Trong khi các phương pháp truyền thống dựa vào lực cắt cơ học, máy trộn siêu âm sử dụng sóng âm năng lượng cao để gây ra hiện tượng xâm thực âm học, tạo nên một môi trường trộn vi mô độc đáo với các điều kiện cục bộ cực đoan. Hiện tượng này tạo ra sóng xung kích và các tia chất lỏng tốc độ cao đạt tới 280 m/s, cung cấp sự khuấy động vi mô mạnh mẽ cần thiết để làm ướt nhanh bột, phá kết tụ tức thì các hạt có kích thước dưới micromet và nano, đồng thời tạo ra các nhũ tương đồng nhất hoàn toàn.
Ngoài những ưu điểm về trộn vi mô này, các hệ thống siêu âm còn tiết kiệm năng lượng hơn rõ rệt, dễ dàng xử lý vật liệu có tính mài mòn và cho phép vệ sinh nhanh chóng mà không gây hư hại (CIP/SIP), khiến chúng trở thành lựa chọn lý tưởng cho các ứng dụng công nghiệp có yêu cầu khắt khe.

Ai nên sử dụng phương pháp trộn siêu âm theo mẻ với lực cắt lớn?

Trộn siêu âm theo mẻ với lực cắt lớn là phương pháp lý tưởng cho các nhà sản xuất, chuyên gia xây dựng công thức và nhóm nghiên cứu và phát triển trong các ngành mà độ chính xác, tính nhất quán và khả năng phân tán nhanh là những yêu cầu bắt buộc. Phương pháp này đặc biệt có giá trị đối với các công ty xử lý vật liệu có kích thước nano và dưới micromet, vật liệu dạng sệt có độ nhớt cao, huyền phù có tính mài mòn hoặc các công thức rắn–lỏng và lỏng–lỏng phức tạp. Các ngành như mỹ phẩm, dược phẩm, vật liệu tiên tiến, thực phẩm và đồ uống, sơn và chất phủ, hóa chất chuyên dụng và công nghệ nano dựa vào công nghệ này để làm ướt hoàn toàn bột tức thì, tạo nhũ tương đồng đều và giảm kích thước hạt một cách nhất quán mà không gây phân hủy do nhiệt. Nếu quy trình của bạn đòi hỏi kết quả có khả năng tái lập, khả năng mở rộng quy mô hoàn toàn tuyến tính từ phòng thí nghiệm đến sản xuất và mức tiêu thụ năng lượng thấp hơn so với các hệ thống rôto–stato truyền thống, thì phương pháp trộn siêu âm theo mẻ với lực cắt lớn được thiết kế để đáp ứng chính xác các thông số yêu cầu của bạn.

Xâm thực âm học – Nguyên lý hoạt động của lực cắt và quá trình trộn bằng siêu âm

Khi sóng siêu âm năng lượng cao được truyền vào chất lỏng và huyền phù, các chu kỳ áp suất cao/thấp luân phiên (ví dụ: 20.000 chu kỳ mỗi giây ở 20kHz) tạo ra các bọt chân không hoặc khoang rỗng trong chất lỏng. Các bọt này phát triển qua nhiều chu kỳ cho đến khi sụp đổ dữ dội do không thể hấp thụ thêm năng lượng. Trong quá trình bọt sụp đổ, các điều kiện cực đoan được tạo ra cục bộ: nhiệt độ lên đến 5.000K, áp suất lên đến 2.000atm và các tia chất lỏng có vận tốc lên đến 280m/s. Hiện tượng này được gọi là xâm thực. Xâm thực siêu âm được ứng dụng thành công trong nhiều ứng dụng trộn, nghiền và nghiền mịn, ví dụ như xử lý hệ keo, bột, lưu chất, dầu, mỡ bôi trơn, nhựa, nhựa epoxy, hồ sắc tố, mực, sơn, silicone, kem, gel, polyme, urethane và nhiều loại vật liệu khác.
 

Trộn siêu âm dựa trên hiện tượng xâm thực âm và các lực cắt thủy động lực học do hiện tượng này tạo ra.

Tại sao chọn siêu âm? – Để kiểm soát toàn bộ quá trình

Trộn siêu âm cho phép bạn kiểm soát chính xác tất cả các thông số quan trọng của quá trình. Điều này rất cần thiết để đạt được kết quả xử lý tối ưu đồng thời vận hành với hiệu suất cao nhất.

• Biên độ siêu âm:

Độ dịch chuyển của các vùng nằm ngang trên đầu sonotrode (đầu khuếch đại/đầu dò siêu âm) có thể được điều chỉnh theo yêu cầu của quá trình bằng cách cài đặt công suất của thiết bị siêu âm, lựa chọn đầu sonotrode và sử dụng bộ tăng biên độ.

• Áp suất:

Việc áp dụng áp suất cho quá trình xử lý siêu âm giúp tăng cường quá trình và được gọi là xử lý siêu âm kết hợp áp suất (manosonication, MS). Xâm thực siêu âm ở áp suất cao trở nên mạnh hơn và dữ dội hơn. Vì vậy, Hielscher cung cấp các thiết bị phản ứng theo mẻ dạng kín có thể tăng áp.

• Thời gian xử lý siêu âm:

Theo nguyên tắc chung, thời gian xử lý siêu âm càng dài thì quá trình, chẳng hạn như giảm kích thước, phân tán, v.v., càng tiến triển nhiều hơn – với điều kiện cường độ áp dụng đủ lớn để tác động đến môi trường xử lý.

• Nhiệt độ:

Siêu âm là một kỹ thuật xử lý cơ học, phi nhiệt. Tuy nhiên, theo định luật nhiệt động lực học, năng lượng truyền vào vật chất cuối cùng luôn chuyển thành nhiệt. Dù vậy, hiệu suất năng lượng vượt trội của các thiết bị siêu âm Hielscher đảm bảo rằng có đến 90% năng lượng từ ổ cắm điện được chuyển thành sóng siêu âm và truyền vào môi trường xử lý.

• Độ nhớt:

Độ nhớt của môi trường xử lý là một yếu tố quan trọng đối với quá trình xử lý siêu âm. Trong các ứng dụng như giảm kích thước hạt, nghiền và phân tán, sự va chạm giữa các hạt do sóng xung kích từ hiện tượng xâm thực gây ra là một trong những tác động chính của quá trình làm vỡ hạt; hàm lượng hạt cao có lợi cho quá trình này.

Hãy cùng thiết kế giải pháp trộn lý tưởng cho bạn!

Để xác định các điều kiện xử lý tối ưu (= kết quả tốt nhất với mức năng lượng đầu vào cần thiết thấp nhất), các thông số nêu trên phải được thiết lập phù hợp với mục tiêu xử lý đề ra.
Việc thử nghiệm tính khả thi và tối ưu hóa quá trình có thể được thực hiện dễ dàng ở quy mô phòng thí nghiệm và quy mô thiết bị để bàn. Tất cả các kết quả đạt được đều có thể được tái lập chính xác và mở rộng quy mô tuyến tính lên quy mô sản xuất. Hielscher Ultrasonics cung cấp dịch vụ tư vấn chuyên nghiệp và phòng thí nghiệm quy trình được trang bị đầy đủ, nơi chúng tôi có thể cùng bạn hoặc thay bạn tối ưu hóa quá trình!
Hielscher là chuyên gia của bạn về các giải pháp xử lý siêu âm. Hãy liên hệ với chúng tôi ngay hôm nay, chúng tôi sẵn lòng đề xuất thiết bị phù hợp để đáp ứng nhu cầu ứng dụng của bạn!

Tài liệu / Tài liệu tham khảo

• Han N.S., Basri M., Abd Rahman M.B. Abd Rahman R.N., Salleh A.B., Ismail Z. (2012): Preparation of emulsions by rotor-stator homogenizer and ultrasonic cavitation for the cosmeceutical industry. Journal of Cosmetic Science Sep-Oct; 63(5), 2012. 333-44.
• Badgujar, N.P.; Bhoge, Y.E.; Deshpande, T.D.; Bhanvase, B.A.; Gogate, P.R.; Sonawane, S.H.; Kulkarni, R.D. (2015): Ultrasound assisted organic pigment dispersion: advantages of ultrasound method over conventional method. Pigment ; Resin Technology, Vol. 44 No. 4, 2015. 214-223.
• Marija Ćosić, Antonija Čelan, Ivana Crnogorac, Ante Bilušić (2025): The effects of impeller diameter in sonicated and silent systems on crystallisation of borax decahydrate. Chemical Engineering Research and Design, Volume 223, 2025. 706-716.