Hielscher – Tecnologia ad Ultrasuoni

Ultrasuoni: applicazioni e processi

L'ultrasuoni viene utilizzata in molte applicazioni, come l'omogeneizzazione, la disintegrazione, la sonochimica, il degasaggio o la pulizia. Di seguito, trovi una panoramica sistematica sulle varie applicazioni e processi ultrasonici.

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Omogeneizzazione a ultrasuoni

omogeneizzatore ultrasonicoI processori ultrasonici sono usati come omogeneizzatori, per ridurre le piccole particelle in un liquido per migliorare l'uniformità e la stabilità. Queste particelle (fase dispersa) possono essere solidi o liquidi. L'omogeneizzazione a ultrasuoni è molto efficace per la riduzione di particelle morbide e dure. Hielscher produce dispositivi ad ultrasuoni per l'omogeneizzazione di qualsiasi volume di liquido per l'elaborazione in serie o in linea. I dispositivi ultrasonici di laboratorio possono essere utilizzati per volumi da 1,5 ml a ca. 2L. I dispositivi industriali ad ultrasuoni vengono utilizzati per lo sviluppo del processo e la produzione di lotti da 0,5 a circa 2000 L o portate da 0,1 L a 20 m³ all'ora.

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Dispersione ultrasonica e deagglomerazione

La dispersione a ultrasuoni e la deagglomerazione di particelle di polvere generano particelle a dispersione singola.La dispersione e la deagglomerazione di solidi nei liquidi è un'importante applicazione di dispositivi a ultrasuoni. La cavitazione ad ultrasuoni genera forze di taglio elevate che rompono gli agglomerati di particelle in particelle singole disperse. La miscelazione di polveri in liquidi è un passo comune nella formulazione di vari prodotti, come la vernice, inchiostro, shampoo, bevande o mezzi di lucidatura. Le singole particelle sono tenute insieme da forze di attrazione di varia natura fisica e chimica, comprese le forze di van der Waals e la tensione superficiale liquida. Le forze di attrazione devono essere superate per deagglomerare e disperdere le particelle in mezzi liquidi. Per la dispersione e la deagglomerazione di polveri nei liquidi, l'ultrasuoni ad alta intensità è un'interessante alternativa agli omogeneizzatori ad alta pressione e ai miscelatori rotore-statore.

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Emulsionante ad ultrasuoni

L'ultrasuoni è un mezzo efficace per l'emulsione.Una vasta gamma di prodotti intermedi e di consumo, come ad esempio cosmetici e lozioni per la pelle, unguenti farmaceutici, vernici, vernici, lubrificanti e carburanti sono basati interamente o in parte su emulsioni. Le emulsioni sono dispersioni di due o più liquidi immiscibili. L'ultrasuono ad alta intensità fornisce la potenza necessaria per disperdere una fase liquida (fase dispersa) in piccole goccioline in una seconda fase (fase continua). Nella zona di dispersione, le bolle di cavitazione implose causano intense onde d'urto nel liquido circostante e provocano la formazione di getti liquidi ad alta velocità del liquido. A livelli di densità energetica appropriati, gli ultrasuoni possono raggiungere dimensioni di gocce medie inferiori a 1 micron (microemulsione).

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Saldatura e macinazione ad ultrasuoni

fresatura ultrasonica di materiali solidiL'ultrasuoni è un mezzo efficace per la macinazione a umido e la macinatura di particelle. In particolare per la produzione di fanghi di dimensioni superfini, gli ultrasuoni presentano molti vantaggi, se confrontati con attrezzature di riduzione di dimensioni comuni, quali: mulini colloidali (ad esempio mulini a sfere, mulini a tallone), mulini a dischi o mulini a getto. L'ultrasuoni consente la lavorazione di fanghi ad alta concentrazione e alta viscosità, riducendo quindi il volume da trattare. La fresatura ad ultrasuoni è adatta per la lavorazione di micron e dimensioni nano-dimensioni materiali come ceramica, allumina triidrato, solfato di bario, carbonato di calcio e ossidi metallici.

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Disintegrazione cellulare a ultrasuoni

Estrazione a ultrasuoni di composti da erbe utilizzando un processore ultrasonico UP200SIl trattamento a ultrasuoni può disintegrare il materiale fibroso e cellulosico in particelle fini e rompere le pareti della struttura cellulare. Questo rilascia più del materiale intracellulare, come l'amido o lo zucchero nel liquido. In aggiunta a ciò il materiale della parete cellulare viene spezzato in piccoli detriti.

Questo effetto può essere utilizzato per la fermentazione, la digestione e altri processi di conversione di materia organica. Dopo la macinazione e la macinazione, l'ultrasonografia rende più del materiale intracellulare, ad esempio l'amido e i detriti della parete cellulare disponibili per gli enzimi che convertono l'amido in zuccheri. Aumenta anche la superficie esposta agli enzimi durante la liquefazione o la saccarificazione. Ciò in genere aumenta la velocità e la resa della fermentazione del lievito e altri processi di conversione, ad esempio per aumentare la produzione di etanolo da biomassa.

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Estrazione di cellule ultrasoniche

L'estrazione di enzimi e proteine immagazzinate in cellule e particelle subcellulari è un'efficace applicazione di ultrasuoni ad alta intensità, in quanto l'estrazione di composti organici contenuti nel corpo di piante e semi da un solvente può essere significativamente migliorata. Gli ultrasuoni hanno un potenziale beneficio nell'estrazione e isolamento di nuovi componenti potenzialmente bioattivi, ad esempio da flussi di sottoprodotti non utilizzati formati nei processi attuali.

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Applicazione sonochemical di ultrasuoni

cavitation_2_p0200Sonochemistry è l'applicazione dell'ecografia alle reazioni e ai processi chimici. Il meccanismo che causa effetti sonochimici nei liquidi è il fenomeno della cavitazione acustica. Gli effetti sonochimici delle reazioni e dei processi chimici includono l'aumento della velocità di reazione e / o dell'uscita, un uso più efficiente dell'energia, il miglioramento delle prestazioni dei catalizzatori di trasferimento di fase, l'attivazione di metalli e solidi o aumento della reattività di reagenti o catalizzatori.

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Transesterificazione ad ultrasuoni dell'olio al biodiesel

L'ultrasuoni aumenta la velocità di reazione chimica e la resa della transesterificazione di oli vegetali e grassi animali in biodiesel. Ciò consente di modificare la produzione dall'elaborazione batch all'elaborazione continua del flusso e riduce i costi operativi e di investimento. La produzione di biodiesel da oli vegetali o grassi animali comporta la transesterificazione catalizzata da basi di acidi grassi con metanolo o etanolo per fornire i corrispondenti esteri metilici o esteri etilici. L'ultrasuoni può raggiungere una resa di biodiesel superiore al 99%. L'ultrasuono riduce significativamente il tempo di elaborazione e il tempo di separazione.

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Degassaggio ad ultrasuoni di liquidi

Degassamento ad ultrasuoni dell'olio con un processore ad ultrasuoni UP200S (200 Watt)Il degasaggio di liquidi è un'interessante applicazione di dispositivi ad ultrasuoni. In questo caso l'ultrasuono rimuove piccole bolle di gas sospese dal liquido e riduce il livello di gas disciolto al di sotto del livello di equilibrio naturale.

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Sonicazione di bottiglie e lattine per il rilevamento di perdite

controllo delle bottiglieGli ultrasuoni vengono utilizzati nelle macchine imbottigliatrici e riempitrici per controllare lattine e bottiglie per eventuali perdite. Il rilascio istantaneo di anidride carbonica è l'effetto decisivo dei test di perdita ultrasonica di contenitori riempiti con bevande gassate.

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Disinfezione continua di sistemi di acqua calda

Il GENO-break Gruenbeck utilizza la tecnologia ad ultrasuoni Hielscher in combinazione con la luce UV-C per la disinfezione continua" name="gruenbeck_genobreakPer combattere i pericolosi batteri della Legionella nei sistemi di acqua calda e garantire un ambiente di doccia più sicuro Compagnia Gruenbeck ha sviluppato il sistema GENO-break®. Questo sistema utilizza la tecnologia ad ultrasuoni Hielscher in combinazione con la luce UV-C.

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Ultrasuoni, cavi e strisce di pulizia

bobina di cavoLa pulizia ad ultrasuoni è un'alternativa ecologica per la pulizia di materiali continui, come fili e cavi, nastri o tubi. L'effetto della cavitazione generata dal potere ultrasonico rimuove i residui di lubrificazione come olio o grasso, saponi, stearati o polvere.

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Se il processo previsto non è elencato sopra, faccelo sapere. Disponiamo di un numero di dispositivi e soluzioni ultrasonici personalizzati in grado di soddisfare le vostre esigenze.









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Informazioni generali sull'elaborazione a ultrasuoni

Gli ultrasuoni si sono evoluti da una tecnologia emergente, negli ultimi dieci anni, e si sono trasformati in una tecnologia di elaborazione completamente commerciale. Elevata affidabilità e scalabilità, nonché bassi costi di manutenzione e alta efficienza energetica rendere gli ultrasuoni un candidato promettente per le apparecchiature di trattamento dei liquidi stabilite. Gli ultrasuoni offrono ulteriori eccitanti opportunità: la cavitazione - l'effetto ultrasonico di base - consente nuovi risultati nei processi biologici, chimici e fisici.

Mentre l'ultrasuono a bassa intensità o ad alta frequenza viene utilizzato principalmente per analisi, test non distruttivi e imaging, l'ultrasuono ad alta intensità viene utilizzato per il trattamento di liquidi come miscelazione, la emulsione, la dispersione e deagglomerazione, disintegrazione cellulare di disattivazione enzimatica. Quando si analizzano i liquidi ad alte intensità, le onde sonore che si propagano nel liquido si traducono in cicli alternati di alta pressione (compressione) e bassa pressione (rarefazione), con velocità che dipendono dalla frequenza. Durante il ciclo di bassa pressione, le onde ultrasoniche ad alta intensità creano piccole bolle di vuoto o vuoti nel liquido. Quando le bolle raggiungono un volume in cui non possono più assorbire energia, collassano violentemente durante un ciclo ad alta pressione. Questo fenomeno è chiamato cavitazione. Durante l'implosione si raggiungono localmente temperature molto elevate (circa 5.000 K) e pressioni (circa 2.000 atm). L'implosione della bolla di cavitazione produce anche getti liquidi con velocità fino a 280 m / s.

In generale, la cavitazione nei liquidi può causare degassamento rapido e completo: avviare varie reazioni chimiche generando ioni chimici liberi (radicali); accelerare le reazioni chimiche facilitando la miscelazione dei reagenti; migliorare temporaneamente le reazioni di polimerizzazione e depolimerizzazione aggregati disperdenti o rompendo permanentemente legami chimici in catene polimeriche; aumentare l'emulsione aliquote; migliorare i tassi di diffusione; produrre emulsioni altamente concentrate o dispersioni uniformi di micron-size o materiali di dimensioni nanometriche; assistere il estrazione di sostanze come enzimi da animali, piante, lieviti o cellule batteriche; rimuovere i virus dal tessuto infetto; e infine, erodere e abbattere particelle sensibili, inclusi i microrganismi. (Kuldiloke 2002)

L'ultrasuono ad alta intensità produce violente agitazioni nei liquidi a bassa viscosità, che possono essere utilizzati disperdere. (Ensminger, 1988) Nelle interfacce liquido / solido o gas / solido, l'implosione asimmetrica delle bolle di cavitazione può causare turbolenze estreme che riducono lo strato limite di diffusione, aumentano il trasferimento di convezione e accelerano notevolmente la diffusione in sistemi in cui non è possibile la miscelazione ordinaria. (Nyborg, 1965)

Letteratura

Ensminger, DE (1988): Metodi acustici ed elettroacustici di disidratazione e asciugatura, in: Drying Tech. 6, 473 (1988).

Kuldiloke, J. (2002): Effetto dei trattamenti ad ultrasuoni, temperatura e pressione sull'attività enzimatica e indicatori di qualità dei succhi di frutta e verdura; Ph.D. Tesi presso Technische Universität Berlin (2002).

Nyborg, WL (1965): Streaming acustico, vol. 2B, Academic Press, New York (1965).