Ultrazvuk: aplikace a procesy

Ultrazvuku je metoda mechanického zpracování, která vytváří akustickou kavitaci a vysoce intenzivní fyzikální síly. Proto se ultrazvuk používá pro řadu aplikací, jako je míchání, homogenizace, frézování, disperze, emulgace, extrakce, odplyňování a sonochemické reakce.
Níže se dozvíte vše o typických ultrazvukových aplikacích a procesech.

ultrazvukové homogenizaci

UP400St Ultrazvukový homogenizátor 400 wattů pro sonikaci kádinek a šarží.Ultrazvukové homogenizátory snižují malé částice v kapalině, aby se zlepšila rovnoměrnost a stabilita disperze. Částice (disperzní fáze) mohou být pevné látky nebo kapalné kapičky suspendované v kapalné fázi. Ultrazvuková homogenizace je velmi účinná pro snížení měkkých a tvrdých částic. Hielscher vyrábí ultrasonicators pro homogenizaci jakéhokoli objemu kapaliny a pro dávkové nebo inline zpracování. Laboratorní ultrazvukové přístroje lze použít pro objemy od 1,5 ml do cca 4 L. Ultrazvuková průmyslová zařízení mohou zpracovávat dávky od 0,5 do cca. 2000L nebo průtoky od 0,1L do 20 metrů krychlových za hodinu ve vývoji procesu a v komerční výrobě.
Klikněte zde se dozvíte více o ultrazvukové homogenizaci!

Ultrazvukové dispergační a rozdružovací

Ultrazvuku narušuje pevné částice prostřednictvím akustické kavitace.Disperze a deaglomerace pevných látek do kapalin je důležitou aplikací ultrasonicators typu sondy. Ultrazvuková / akustická kavitace vytváří vysoké smykové síly, které rozbíjejí aglomeráty částic na jednotlivé, jednotlivé rozptýlené částice. Míchání prášků do kapalin je běžným krokem při formulaci různých produktů, jako jsou barvy, laky, kosmetické výrobky, potraviny a nápoje nebo lešticí média. Jednotlivé částice jsou drženy pohromadě přitažlivými silami různé fyzikální a chemické povahy, včetně van-der-Waalsových sil a kapalného povrchového napětí. Ultrazvuku překonává tyto přitažlivé síly, aby se deaglomerát a rozptýlil částice v kapalných médiích. Pro dispergaci a deaglomeraci prášků v kapalinách je vysoká intenzita ultrazvuku zajímavou alternativou k vysokotlakým homogenizátorům, vysokosmykovým míchačkám, mlýnům na korálky nebo rotorovým statorovým míchačům.
Klikněte zde se dozvíte více o ultrazvukové dispergační a deagglomeration!

Video demonstruje ultrazvukový disperzi červené barvy pomocí UP400St s S24d 22mm sondou.

Ultrazvuková červená barva disperze pomocí UP400St

Miniatura videa

ultrazvukové emulgace

Ultrazvuku je vysoce účinná metoda pro výrobu nanoemulzí.Široká škála meziproduktů a spotřebních výrobků, jako jsou kosmetika a pleťové vody, farmaceutické masti, laky, barvy a maziva a paliva, je zcela nebo zčásti založena na emulzích. Emulze jsou disperze dvou nebo více nemísitelných kapalných fází. Vysoce intenzivní ultrazvuk dodává dostatečně intenzivní smyk k rozptýlení kapalné fáze (dispergované fáze) v malých kapičkách ve druhé fázi (kontinuální fáze). V dispergační zóně způsobují implodující kavitační bubliny intenzivní rázové vlny v okolní kapalině a vedou k tvorbě kapalných trysek s vysokou rychlostí kapaliny (vysoký smyk). Ultrazvuku lze přesně přizpůsobit cílové velikosti emulze, což umožňuje spolehlivou výrobu mikroemulzí a nanoemulzí.
Klikněte zde se dozvíte více o ultrazvukové emulgaci!

Ultrazvukový homogenizátor UIP1000hdT pro míchání, disperzi, emulgaci a extrakci.

The UIP1000hdT je 1000 wattů výkonný ultrasonicator pro homogenizaci, frézování a extrakční aplikace.

Žádost o informace





Ultrazvukový Mokrá-frézovací a brusné

Ultrazvuku je účinným prostředkem pro mokré frézování a mikrobroušení částic. Zejména pro výrobu superjemných suspenzí má ultrazvuk mnoho výhod. Je lepší než tradiční zařízení pro zmenšení velikosti, jako jsou: koloidní mlýny (např. Kulové mlýny, korálkové mlýny), kotoučové mlýny nebo tryskové mlýny. Ultrazvuku může zpracovat vysoce koncentrované a vysoce viskózní suspenze - čímž se snižuje objem, který má být zpracován. Ultrazvukové frézování je samozřejmě vhodné pro zpracování materiálů velikosti mikronů a nano velikostí, jako je keramika, pigmenty, síran barnatý, uhličitan vápenatý nebo oxidy kovů. Zvláště pokud jde o nanomateriály, ultrazvuku vyniká výkonem, protože jeho vysoce účinné smykové síly vytvářejí rovnoměrně malé nanočástice.
Klikněte zde se dozvíte více o ultrazvukové mokrého mletí a mikro-broušení!

Částice oxidu titaničitého TiO2 po ultrazvukovém frézování vykazují drasticky snížený průměr a úzkou distribuci velikosti.

TiO2 sušený postřikem před a po ultrazvukovém frézování

Ultrazvukový rozpad buněk a lýza

ultrazvukem asistované extrakci látek z rostlin pomocí ultrazvukové procesor UP200SUltrazvukové 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 extrakce rostlinných látek

Extrakce bioaktivních sloučenin uložených v buňkách a subcelulárních částicích je široce používanou aplikací ultrazvuku s vysokou intenzitou. Ultrazvuková extrakce se používá k izolaci sekundárních metabolitů (např. polyfenolů), polysacharidů, proteinů, éterických olejů a dalších účinných látek z buněčné matrice rostlin a hub. Vhodné pro extrakci organických sloučenin vodou a rozpouštědly, sonikace výrazně zlepšuje výnos rostlin obsažených v rostlinách nebo semenech. Ultrazvuková extrakce se používá k výrobě léčiv, nutraceutik / výživových doplňků, vonných látek a biologických přísad. Ultrazvuk je zelená extrakční technika používaná také pro extrakci bioaktivních složek v biorafineriích, např. uvolňování cenných sloučenin z nevyužitých toků vedlejších produktů vytvořených v průmyslových procesech. Ultrazvuku je vysoce účinná technologie pro botanickou extrakci v laboratorním a výrobním měřítku.
Klikněte zde pro více informací o ultrazvukové extrakci!

Ultrazvuková botanická extrakce poskytuje vyšší výnosy. Homogenizátor Hielscher UIP2000hdT, 2000 wattů je dostatečně výkonný, aby snadno extrahoval dávky od 10 litrů do 120 litrů.

Ultrazvuková extrakce botaniky - 30 litrů / 8 galonů šarže

Miniatura videa

Je známo, že ultrazvuku zlepšuje transesterifikační reakce, čímž dává např. vyšší methylestery a polyoly. Hielscher Ultrasonics vyrábí průmyslové ultrazvukové sondy a reaktory pro vysoké výkony.

Ultrazvukový reaktor s 16 000 watty pro ultrazvukem vylepšené zpracování kapalin.

Sonochemická Aplikace Ultrazvuk

cavitation_2_p0200Sonochemie 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 rychlost chemické reakce a výtěžek transesterifikace rostlinných olejů a živočišných tuků na bionaftu. To umožňuje změnu výroby z dávkového zpracování na kontinuální průtokové zpracování a snižuje investiční a provozní náklady. Jednou z hlavních výhod ultrazvukové výroby bionafty je použití odpadních olejů, jako jsou použité kuchyňské oleje a další nekvalitní zdroje olejů. Ultrazvuková transesterifikace může přeměnit i nekvalitní surovinu na vysoce kvalitní bionaftu (methylester mastných kyselin / FAME). Výroba bionafty z rostlinných olejů nebo živočišných tuků zahrnuje transesterifikaci mastných kyselin katalyzovanou na bázi methanolem nebo ethanolem za vzniku odpovídajících methylesterů nebo ethylesterů. Ultrazvuku může dosáhnout výtěžku bionafty přesahující 99%. Ultrazvuk výrazně zkracuje dobu zpracování a dobu separace.
Klikněte zde se dozvíte více o ultrazvukem asistované transesterifikací oleje do bionafty!

Ultrazvukové odplynění a odvzdušňování kapalin

Odplynění kapalin je další důležitou aplikací ultrazvukových sond. Ultrazvukové vibrace a kavitace způsobují koalescenci rozpuštěných plynů v kapalině. Jak se minutové plynové bubliny spojují, vytvářejí tak větší bubliny, které rychle plavou na horní povrch kapaliny, odkud mohou být odstraněny. Ultrazvukové odplynění a odvzdušnění tak může snížit hladinu rozpuštěného plynu pod přirozenou rovnovážnou úroveň.
Klikněte zde se dozvíte více o ultrazvukové odplynění tekutin!

Toto video demonstruje účinné odplynění viskózního oleje (40cP). Ultrazvuku odstraňuje malé suspendované plynové bubliny z kapaliny a snižuje hladinu rozpuštěného plynu pod přirozenou rovnovážnou úroveň.

Ultrazvukové inline odplynění & Odmlžování oleje (40cP)

Miniatura videa

Ultrazvuková Dráty, kabely a Strip Čištění

cívky kabelovéUltrazvukové čištění je ekologickou alternativou pro čištění spojitých materiálů, jako jsou dráty a kabely, pásky nebo trubky. Účinek silné ultrazvukové kavitace odstraňuje zbytky mazání, jako je olej nebo mazivo, mýdla, stearáty nebo prach z povrchu materiálu. Hielscher Ultrasonics nabízí různé ultrazvukové systémy pro inline čištění kontinuálních profilů.
Klikněte zde pro více informací o ultrazvukovém čištění kontinuálních profilů!

Kontaktujte nás! / Zeptej se nás!

Požádejte o další informace

Použijte prosím níže uvedený formulář a vyžádejte si další informace o ultrazvukových procesorech, aplikacích a ceně. Rádi s vámi probereme váš proces a nabídneme vám ultrazvukový systém splňující vaše požadavky!









Uvědomte si prosím naši Zásady ochrany osobních údajů,


Co dělá sonikaci vynikající metodou zpracování?

Sonikace nebo použití vysokofrekvenčních zvukových vln k rozrušení kapalin je efektivní metodou zpracování z různých důvodů. Zde jsou některé důvody, proč sonikace při vysoké intenzitě a nízké frekvenci cca. 20kHz je zvláště účinná a výhodná pro zpracování kapalin a kejdů:

  1. Kavitace: Jedním z hlavních mechanismů sonikace je vytvoření a zhroucení drobných bublin, což je jev nazývaný kavitace. Při 20 kHz jsou zvukové vlny na správné frekvenci pro efektivní vytváření a sbalování bublin. Zhroucení těchto bublin produkuje rázové vlny s vysokou energií, které mohou rozkládat částice a narušit buňky v kapalině, která je sonikována.
  2. Oscilace a vibrace: Kromě generované akustické kavitace, oscilace ultrazvukové sondy vytváří další míchání a míchání v kapalině, čímž podporuje přenos hmoty a / nebo odplynění.
  3. Pronikání: Zvukové vlny o frekvenci 20 kHz mají relativně dlouhou vlnovou délku, což jim umožňuje proniknout hluboko do kapalin. Ultrazvuková kavitace je lokalizační jev, který se objevuje v okolí ultrazvukové sondy. S rostoucí vzdáleností od sondy se intenzita kavitace snižuje. Nicméně, sonikace při 20kHz může účinně léčit větší objemy kapaliny, ve srovnání s vyšší frekvencí sonikace, která má kratší vlnové délky a může být omezenější v hloubce proniknutí.
  4. Nízká spotřeba energie: Sonikace může být dosaženo s relativně nízkou spotřebou energie ve srovnání s jinými metodami zpracování, jako je vysokotlaká homogenizace nebo mechanické míchání. Díky tomu je energeticky účinnější a nákladově efektivnější způsob zpracování kapalin.
  5. Lineární škálovatelnost: Ultrazvukové procesy mohou být škálovány zcela lineární na větší nebo menší objemy. Díky tomu jsou procesní adaptace ve výrobě spolehlivé, protože kvalita výrobků může být trvale stabilní.
  6. Dávkový a vložený tok: Ultrazvuku lze provádět jako dávku nebo jako kontinuální vložené procesy. Pro sonikaci šarží se ultrazvuková sonda vloží do otevřené nádoby nebo uzavřeného dávkového reaktoru. Pro sonikaci kontinuálního průtokového proudu je instalována ultrazvuková průtoková buňka. Kapalné médium prochází sonotrodou (ultrazvukem vibrující tyčinka) v jediném průchodu nebo recirkulaci a je vysoce rovnoměrné a účinné vystavené ultrazvukovým vlnám.

Celkově intenzivní síly kavitace, nízká spotřeba energie a škálovatelnost procesu činí nízkofrekvenční, vysoce výkonnou sonikaci účinnou metodou pro zpracování kapalin.

Pracovní princip a použití ultrazvukového zpracování

Ultrazvuku je komerční technologie zpracování, která byla přijata mnoha průmyslovými odvětvími pro výrobu ve velkém měřítku. Vysoká spolehlivost a škálovatelnost, stejně jako nízké náklady na údržbu a vysoká energetická účinnost činí ultrazvukové procesory 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. Například ultrazvuková disperze a emulgace snadno produkuje stabilní nano-velké formulace. Také v oblasti botanické extrakce je ultrazvuk netepelnou technikou pro izolaci bioaktivních sloučenin.

Zatímco ultrazvuk s nízkou intenzitou nebo vysokou frekvencí se používá hlavně pro analýzu, nedestruktivní testování a zobrazování, ultrazvuk s vysokou intenzitou se používá pro zpracování kapalin a past, kde se intenzivní ultrazvukové vlny používají pro míchání, emulgaci, dispergaci a deaglomeraci, rozpad buněk nebo deaktivaci enzymů. Při sonikaci kapalin při vysokých intenzitách se zvukové vlny šíří kapalným médiem. Výsledkem jsou střídavé vysokotlaké (kompresní) a nízkotlaké (zředěné) cykly, přičemž rychlosti závisí na frekvenci. Během nízkotlakého 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 vysokotlakého cyklu. Tento jev se nazývá kavitace. Během imploze jsou lokálně dosahovány velmi vysoké teploty (cca 5 000 K) a tlaky (cca 2 000 K). Imploze kavitační bubliny má také za následek kapalné trysky rychlostí 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 reaktantů; zvyšuje polymerační a depolymerizační reakce dispergačními agregáty nebo trvalým rozbitím chemických vazeb v polymerních řetězcích; zvýšit míru emulgace; zlepšit rychlost difúze; produkují vysoce koncentrované emulze nebo rovnoměrné disperze materiálů velikosti mikronů nebo nanočásti; napomáhat extrakci látek, jako jsou enzymy ze živočišných, rostlinných, kvasinkových nebo bakteriálních buněk; odstranit viry z infikované tkáně; a konečně erodovat a rozkládat citlivé částice, včetně mikroorganismů. (srov. Kuldiloke 2002)

Ultrazvuk s vysokou intenzitou vytváří prudké míchání v kapalinách s nízkou viskozitou, které lze použít k rozptýlení materiálů v kapalinách. (srov. Ensminger, 1988) Na rozhraní kapalina/pevná látka nebo plyn/pevná látka může asymetrická imploze kavitačních bublin způsobit extrémní turbulence, které snižují hraniční vrstvu difúze, zvyšují přenos konvekční hmoty a výrazně urychlují difúzi v systémech, kde není možné běžné míchání. (srov. Nyborg, 1965)

Silná Ultrazvuková kavitace v Hielscher Cascats

Silná Ultrazvuková kavitace v Hielscher Cascats



Literatura

Ultrazvukový reaktor pro chemickou syntézu, např. transesterifikace, esterifikace, nebo acetylační procesy.

Ultrazvukový reaktor s 4x 2000 wattovými sondami (8kW) pro sonochemické procesy.


Vysoce výkonný ultrazvuk! Hielscherův sortiment pokrývá celé spektrum od kompaktního laboratorního ultrasonicatoru přes bench-top jednotky až po plně průmyslové ultrazvukové systémy.

Hielscher Ultrasonics vyrábí vysoce výkonné ultrazvukové homogenizátory od Laboratoř na průmyslové velikosti.

Rádi probereme váš proces.

Pojďme se spojit.