Ultrazvuk: aplikace a procesy

Ultrazvuku je užitečná technologie pro mnoho aplikací, jako je homogenizace, rozpad, disperze, sonochemie, odplyňování nebo čištění. Níže najdete typické ultrazvukové aplikace a procesy.

Další informace o jednotlivých aplikacích získáte klepnutím na položky v následujícím seznamu.

• homogenizace
  • Dispergační a rozdružovací
  • emulgační
  • Wet-frézování a broušení
• Rozpad
  • extrakce buněk
  • Dezinfekce Hot Water
• Sonochemie
  • Transesterifikace (Biodiesel)
• odplynění
  • Těsnosti detekce (lahve a plechovky)
• Čištění (Wire / Strip)

ultrazvukové homogenizaci

Ultrazvukové homogenizátory snižují malé částice v kapalině, aby se zlepšila rovnoměrnost a stabilita disperze. Částice (disperzní fáze) mohou být pevné látky nebo kapičky kapaliny zavěšené v kapalné fázi. Ultrazvuková homogenizace je velmi účinná pro redukci měkkých a tvrdých částic. Hielscher vyrábí ultrazvukové přístroje pro homogenizaci jakéhokoli objemu kapaliny a pro dávkové nebo inline zpracování. Laboratorní ultrazvukové přístroje lze použít pro objemy od 1,5 ml do cca 4L. Ultrazvukové průmyslové přístroje mohou zpracovávat dávky od 0,5 do cca 2000L nebo průtoky od 0,1l do 20 metrů krychlových za hodinu ve vývoji procesu nebo ve výrobě
Klikněte zde se dozvíte více o ultrazvukové homogenizaci!

Ultrazvukové dispergační a rozdružovací

Dispergační a deaglomerace pevných látek do kapalin je důležitou aplikací ultrazvukových zařízení. Ultrazvuková kavitace generuje vysoké smykové síly, které roztříští částice aglomeráty na jednotlivé, jednotlivé rozptýlené částice. Míchání prášků do kapalin je běžným krokem při formulaci různých produktů, jako je barva, šampon, nápoje nebo leštící média. Jednotlivé částice jsou drženy pohromadě přitažlivými silami různé fyzikální a chemické povahy, včetně van-der-Waalsových sil a tekutého povrchového napětí. Ultrazvuku překonává tyto přitažlivé síly, aby deaglomerovat a rozptýlit částice do kapalných médií. Pro dispergační a deaglomeraci prášků v kapalinách je ultrazvuku s vysokou intenzitou zajímavou alternativou k vysokotlaké homogenizátory, vysoce smykovým míchačům nebo rotorovým statorovým míchačům.
Klikněte zde se dozvíte více o ultrazvukové dispergační a deagglomeration!

ultrazvukové emulgaci

Široká škála meziproduktů a spotřebních výrobků, jako je kosmetika a pleťové vody, farmaceutické masti, laky, barvy a maziva a paliva, je založena zcela nebo částečně na emulzi. Emulze jsou disperze dvou nebo více nemísitelných kapalin. Vysoce intenzivní ultrazvuk dodává dostatek intenzivního smyku k rozptýlení kapalné fáze (rozptýlené fáze) v malých kapiček ve druhé fázi (kontinuální fáze). V disperzní zóně způsobují implodující kavitační bubliny intenzivní rázové vlny v okolní kapalině a vedou k tvorbě kapalných trysek vysoké rychlosti kapaliny (vysoký smyk). Ultrazvuku může dosáhnout střední velikosti kapiček výrazně pod 1 mikron (mikroemulze).
Klikněte zde se dozvíte více o ultrazvukové emulgaci!

Ultrazvukový Mokrá-frézovací a brusné

Ultrazvuku je účinným prostředkem pro mokré frézování a mikro-broušení částic. Zejména pro výrobu nadýchaných kalů má ultrazvuk mnoho výhod. Je lepší než tradiční zařízení pro zmenšení velikosti, jako jsou: koloidní mlýny (např. kulové mlýny, lisovny na kuličky), diskové mlýny nebo tryskové mlýny. Ultrazvuku může zpracovat vysokohupátechnlivé a vysoko viskozity kaly - a proto snížit objem, který má být zpracován. Ultrazvukové frézování je vhodné pro zpracování mikronových a nano-velikostních materiálů, jako je keramika, pigmenty, síran barnatý, uhličitan vápenatý nebo oxidy kovů.
Klikněte zde se dozvíte více o ultrazvukové mokrého mletí a mikro-broušení!

Ultrazvuková Buňka Rozpad

Ultrazvukové ošetření může rozložit vláknitý, celulózový materiál na jemné částice a rozbít stěny buněčné struktury. Tím se uvolní více intrabuněčného materiálu, jako je škrob nebo cukr do kapaliny. Tento účinek lze použít pro fermentaci, trávení a další konverzní procesy organické hmoty. Po frézování a mletí, ultrazvuku dělá více z intrabuněčného materiálu, např. škrob, stejně jako buněčné stěny nečistoty dostupné enzymům, které přeměňují škrob na cukry. Zvyšuje také povrchovou plochu vystavenou enzymům během zkapalnění nebo sacharifikace. To obvykle zvyšuje rychlost a výtěžnost fermentace kvasinek a dalších procesů přeměny, např.
Klikněte zde se dozvíte více o ultrazvukové rozpadu buněčných struktur!

Ultrazvuková Mobilní Extraction

Extrakce enzymů a bílkovin uložených v buňkách a subcelulárních částečkách je široce používanou aplikací ultrazvuku s vysokou intenzitou. Extrakci organických sloučenin obsažených v rostlinách nebo semenech rozpouštědlem lze výrazně zlepšit. Ultrazvuk má potenciální přínos v extrakci a izolaci nových potenciálně bioaktivních složek, např. z nevyužívaných toků by-produktů vytvořených v současných procesech. Ultrazvuku je velmi účinná technologie pro botanickou extrakci v laboratoři a výrobním měřítku.
Klikněte zde pro více informací o těžbě ultrazvukové buňky!

Sonochemická Aplikace Ultrazvuk

Sonochemie je aplikace ultrazvuku na chemické reakce a procesy. Mechanismus způsobující sonochemické účinky v kapalinách je fenomén akustické kavitace. Mezi sonochemické účinky na chemické reakce a procesy patří zvýšení reakční rychlosti nebo výkonu, účinnější spotřeba energie, zlepšení výkonu katalyzátorů fázového přenosu, aktivace kovů a pevných látek nebo zvýšení reaktivity činidel nebo katalyzátorů.
Klikněte zde se dozvíte více o sonochemická účinky ultrazvuku!

Ultrazvukový Transesterifikace ropy na Biodiesel

Ultrazvuku zvyšuje chemickou rychlost reakce a výtěžek transesterifikací rostlinných olejů a živočišných tuků na bionaftu. To umožňuje měnit výrobu z dávkové zpracování pro průběžné zpracování toku a snižuje investiční a provozní náklady. Výroba bionafty z rostlinných olejů nebo živočišných tuků, zahrnuje základní katalyzovanou transesterifikaci mastných kyselin s methanolem nebo ethanolem, čímž se získá odpovídající methylestery nebo ethylestery. Ultrazvuku lze dosáhnout výtěžku bionafty vyšší než 99%. Ultrazvuk zkracuje dobu zpracování a výrazně doba separace.
Klikněte zde se dozvíte více o ultrazvukem asistované transesterifikací oleje do bionafty!

Ultrazvukový odplynění kapaliny

Odplyňování kapalin je zajímavá aplikace ultrazvukových zařízení. V tomto případě je ultrazvuk odstraňuje malé suspendované plynové bubliny z kapaliny a snižuje hladiny rozpuštěného plynu pod přirozenou rovnovážné úrovni.
Klikněte zde se dozvíte více o ultrazvukové odplynění tekutin!

Sonikace lahví a plechovek pro detekci úniku

Můžete nainstalovat ultrazvukové přístroje do plnících a plnících strojů, abyste zkontrolovali plechovky a láhve na netěsnosti. Okamžité uvolňování oxidu uhličitého je rozhodujícím účinkem ultrazvukových zkoušek úniků nádob naplněných sycených nápojů.
Klikněte zde pro více informací o ultrazvukovou detekcí netěsností!

Kontinuální Dezinfekce Hot Water Systems

Pro boj s nebezpečnými bakteriemi Legionella v teplovodních systémech a zajištění bezpečnějšího sprchového prostředí vyvinula společnost Gruenbeck systém geno-break. Tento systém používá ultrazvukovou technologii Hielscher v kombinaci s UV-C světlem.
Klikněte zde pro více informací o ultrazvukem asistované dezinfekce!

Ultrazvuková Dráty, kabely a Strip Čištění

Ultrazvukové čištění je ekologickou alternativou pro čištění spojitých materiálů, jako je drát a kabel, páska nebo trubky. Účinek silné ultrazvukové kavitace odstraňuje zbytky mazání, jako je olej nebo tuk, mýdla, stearáty nebo prach z povrchu materiálu.
Klikněte zde pro více informací o čištění ultrazvukem!

Všeobecné informace o zpracování ultrazvukem

Ultrazvuku je plně komerční technologie zpracování. Vysoká spolehlivost a škálovatost, stejně jako nízké náklady na údržbu a vysoká energetická účinnost dělají ultrazvukové přístroje dobrou alternativou pro tradiční zařízení pro zpracování kapalin. Ultrazvuk nabízí další vzrušující příležitosti: Kavitace - základní ultrazvukový efekt - produkuje jedinečné výsledky v biologických, chemických a fyzikálních procesech.

Zatímco ultrazvuk s nízkou intenzitou nebo vysokofrekvenční ultrazvuk se používá hlavně pro analýzu, nedestruktivní testování a zobrazování, ultrazvuk s vysokou intenzitou se používá pro zpracování kapalin, jako je míchání, emulgace, disperze a deaglomerace, rozpad buněk nebo deaktivace enzymů. Při sonikaci kapalin s vysokou intenzitou se zvukové vlny šíří tekutým médiem. Výsledkem je střídání vysokotlaké (kompresní) a nízkotlaké (rarefaction) cykly, s rychlostmi v závislosti na frekvenci. Během nízkotlaké cyklu vytvářejí ultrazvukové vlny s vysokou intenzitou malé vakuové bubliny nebo dutiny v kapalině. Když bubliny dosáhnou objemu, při kterém již nemohou absorbovat energii, prudce se zhroutí během vysokotlaké cykly. Tento jev se říká kavitace. Při implozi jsou lokálně dosaženy velmi vysoké teploty (cca 5 000 K) a tlaky (cca 2 000atm). Imploze kavitační bubliny má také za následek kapalné trysky o rychlosti až 280 metrů za sekundu.

Ultrazvuková kavitace v kapalinách může způsobit rychlé a úplné odplynění; iniciovat různé chemické reakce generováním volných chemických iontů (radikálů); urychlit chemické reakce usnadněním míchání reakčních látek; zlepšit polymerační a depolymerizační reakce rozptylováním agregátů nebo trvalým lámáním chemických vazeb v polymerních řetězcích; zvýšit míru emulgifikace; zlepšit míru difúze; produkovat vysoce koncentrované emulze nebo rovnoměrné disperze materiálů velikosti mikronů nebo nanodílů; napomáhání extrakci látek, jako jsou enzymy ze živočišných, rostlinných, kvasinek nebo bakteriálních buněk; odstranit viry z infikované tkáně; a nakonec erodovat a roztěsít citlivé částice, včetně mikroorganismů. (Kuldiloke 2002).

Ultrazvuk s vysokou intenzitou produkuje prudké míchání v kapalinách s nízkou viskozitou, které lze použít k rozptýlení materiálů v kapalinách. (Ensminger, 1988) V kapalné / pevné látky nebo plynu / pevných rozhraní, asymetrická imploze kavitačních bublin může způsobit extrémní turbulencí, které snižují difúzní mezní vrstvy, zvýšit přenos konvekcí hmotnostní, a výrazně urychlit šíření v systémech, kde běžné míchání není možné. (Nyborg, 1965).