Ultralyd: applikationer og processer

Ultralydbehandling er en mekanisk behandlingsmetode, der skaber akustisk kavitation og meget intense fysiske kræfter. Derfor anvendes ultralyd til adskillige applikationer såsom blanding, homogenisering, fræsning, dispersion, emulgering, ekstraktion, afgasning og sono-kemiske reaktioner.
Nedenfor lærer du alt om typiske ultralydsapplikationer og processer.

Ultralydshomogenisering

UP400St Ultralyd Homogenizer 400 watt til sonikering af bægerglas og partier.Ultralyd homogenisatorer reducere små partikler i en væske for at forbedre ensartethed og dispersionsstabilitet. Partiklerne (dispergeringsfasen) kan være faste stoffer eller flydende dråber suspenderet i en flydende fase. Ultralyd homogenisering er meget effektiv til reduktion af bløde og hårde partikler. Hielscher fremstiller ultralydapparater til homogenisering af ethvert væskevolumen og til batch- eller inline-behandling. Laboratorie ultralydsenheder kan bruges til mængder fra 1,5 ml til ca. 4L. Ultralyd industrielle enheder kan behandle batches fra 0,5 til ca. 2000L eller strømningshastigheder fra 0,1L til 20 kubikmeter i timen i procesudvikling og i kommerciel produktion.
Klik her for at læse mere om ultralyd homogenisering!

Ultrasonic forstøvning og Deagglomeration

Ultralydbehandling forstyrrer faste partikler via akustisk kavitation.Dispersion og deagglomerering af faste stoffer i væsker er en vigtig anvendelse af sonde-type ultralydapparater. Ultralyd / akustisk kavitation genererer høje forskydningskræfter, der bryder partikelagglomerater i individuelle, enkelt dispergerede partikler. Blanding af pulvere i væsker er et almindeligt trin i formuleringen af forskellige produkter, såsom maling, lak, kosmetiske produkter, mad og drikkevarer eller poleringsmedier. De enkelte partikler holdes sammen af tiltrækningskræfter af forskellig fysisk og kemisk art, herunder van-der-Waals-kræfter og flydende overfladespænding. Ultralydbehandling overvinder disse tiltrækningskræfter for at deagglomerere og sprede partiklerne i flydende medier. Til dispergering og deagglomerering af pulvere i væsker er ultralydbehandling med høj intensitet et interessant alternativ til højtrykshomogenisatorer, højforskydningsblandere, perlemøller eller rotor-stator-blandere.
Klik her for at læse mere om ultralyd dispergering og deagglomerering!

Videoen demonstrerer ultralydsspredning af rød farve ved hjælp af UP400St med en S24d 22mm sonde.

Ultralyd rød farvedispersion ved hjælp af UP400St

Videominiaturebillede

Ultralyd Emulsificering

Ultralydbehandling er en yderst effektiv metode til produktion af nanoemulsioner.En bred vifte af mellemprodukter og forbrugerprodukter, såsom kosmetik og hudlotion, farmaceutiske salver, lakker, maling og smøremidler og brændstoffer er helt eller delvist baseret på emulsioner. Emulsioner er dispersioner af to eller flere utilgængelige væskefaser. Meget intensiv ultralyd leverer tilstrækkelig intens forskydning til at sprede en flydende fase (dispergeret fase) i små dråber i en anden fase (kontinuerlig fase). I dispergeringszonen forårsager imploderende kavitationsbobler intensive chokbølger i den omgivende væske og resulterer i dannelse af væskestråler med høj væskehastighed (høj forskydning). Ultralydbehandling kan tilpasses præcist til målemulsionsstørrelsen, hvilket muliggør den pålidelige produktion af mikroemulsioner og nanoemulsioner.
Klik her for at læse mere om ultralydemulgering!

Ultralyd homogenisator UIP1000hdT til blanding, dispersion, emulgering og ekstraktion.

The UIP1000hdT er 1000 watt kraftig ultralydsapparat til homogenisering, fræsning og ekstraktionsapplikationer.

Anmodning om oplysninger




Bemærk vores Fortrolighedspolitik.


Ultralyd Wet-Milling og Slibning

Ultralydbehandling er et effektivt middel til vådfræsning og mikroslibning af partikler. Især til fremstilling af superfine størrelse opslæmninger har ultralyd mange fordele. Det er bedre end traditionelt størrelsesreduktionsudstyr, såsom: kolloidmøller (f.eks. Kuglemøller, perlemøller), skivemøller eller jetmøller. Ultralydbehandling kan behandle opslæmninger med høj koncentration og høj viskositet – hvilket reducerer det volumen, der skal behandles. Selvfølgelig er ultralydsfræsning velegnet til behandling af mikronstørrelse og nanostørrelsesmaterialer, såsom keramik, pigmenter, bariumsulfat, calciumcarbonat eller metaloxider. Især når det kommer til nanomaterialer, ultralydbehandling udmærker sig i ydeevne, da dens meget effektive forskydningskræfter skaber ensartet små nanopartikler.
Klik her for at læse mere om ultralyd våde fræsning og mikroslibning!

Titandioxid TiO2 partikler efter ultralyd fræsning viser en drastisk reduceret diameter og en smal størrelse fordeling.

Spraytørret TiO2 før og efter ultralydsfræsning

Ultralydcelleopløsning og lysis

Ultralydassistent ekstraktion af forbindelser fra urter ved hjælp af en ultralydsprocessor UP200SUltralydbehandling kan opløse fibrøst, cellulosisk materiale i fine partikler og bryde væggene i cellestrukturen. Dette frigiver mere af det intracellulære materiale, såsom stivelse eller sukker i væsken. Denne effekt kan bruges til gæring, fordøjelse og andre omdannelsesprocesser af organisk materiale. Efter fræsning og slibning gør ultralydning mere af det intracellulære materiale, f.eks. stivelse samt cellevægrester til rådighed for de enzymer, der omdanner stivelse til sukkerarter. Det øger også det overfladeareal, der udsættes for enzymerne under likvefaktion eller saccharificering. Dette øger typisk hastigheden og udbyttet af gærgæring og andre omdannelsesprocesser, f.eks. for at øge ethanolproduktionen fra biomasse.
Klik her for at læse mere om ultralydsintegration af cellestrukturer!

ultralydsekstraktion af planteekstrakter

Ekstraktionen af bioaktive forbindelser lagret i celler og subcellulære partikler er en udbredt anvendelse af ultralyd med høj intensitet. Ultralydsekstraktion bruges til at isolere sekundære metabolitter (fx polyfenoler), polysaccharider, proteiner, æteriske olier og andre aktive ingredienser fra den cellulære matrix af planter og svampe. Velegnet til vand- og opløsningsmiddelekstraktion af organiske forbindelser forbedrer sonikering udbyttet af botaniske stoffer indeholdt i planter eller frø betydeligt. Ultralydsekstraktion anvendes til fremstilling af lægemidler, nutraceuticals / kosttilskud, dufte og biologiske tilsætningsstoffer. Ultralyd er en grøn ekstraktionsteknik, der også anvendes til udvinding af bioaktive komponenter i bioraffinaderier, f.eks. frigiver værdifulde forbindelser fra ikke-udnyttede biproduktstrømme dannet i industrielle processer. Ultralydbehandling er en yderst effektiv teknologi til botanisk ekstraktion i laboratorie- og produktionsskala.
Klik her for mere information om ultralydsekstraktion!

Ultralyd botanisk ekstraktion giver højere udbytter. Hielscher UIP2000hdT, 2000 watt homogenisator er kraftig nok til let at udtrække partier fra 10 liter til 120 liter.

Ultralydsekstraktion af botaniske stoffer - 30 liter / 8 gallon batch

Videominiaturebillede

Ultralydbehandling er kendt for at forbedre transesterificeringsreaktioner og derved give f.eks. højere methylestere og polyoler. Hielscher Ultrasonics fremstiller industrielle ultralydssonder og reaktorer til høje gennemstrømninger.

Ultralydsreaktor med 16.000 watt til ultralyd forbedret væskebehandling.

Sonokemisk anvendelse af ultralyd

cavitation_2_p0200Sonochemistry er anvendelsen af ultralyd til kemiske reaktioner og processer. Den mekanisme, der forårsager sonokemiske virkninger i væsker, er fænomenet akustisk kavitation. De sonokemiske virkninger på kemiske reaktioner og processer omfatter øget reaktionshastighed eller -output, mere effektivt energiforbrug, forbedring af ydeevnen af faseoverførselskatalysatorer, aktivering af metaller og faste stoffer eller forøgelse af reagensernes eller katalysatorernes reaktivitet.
Klik her for at læse mere om de sonokemiske effekter af ultralyd!

Ultrasonic transesterificering af olie til biodiesel

Ultralydbehandling øger den kemiske reaktionshastighed og udbyttet af transesterificering af vegetabilske olier og animalske fedtstoffer til biodiesel. Dette gør det muligt at ændre produktionen fra batchbehandling til kontinuerlig flowbehandling, og det reducerer investerings- og driftsomkostninger. En af de største fordele ved ultralyd biodiesel fremstilling er brugen af spildolier såsom brugte madolier og andre dårlig kvalitet oliekilder. Ultralyd transesterificering kan konvertere selv lav kvalitet råmateriale til høj kvalitet biodiesel (fedtsyre methylester / FAME). Fremstillingen af biodiesel fra vegetabilske olier eller animalske fedtstoffer involverer basekatalyseret transesterificering af fedtsyrer med methanol eller ethanol for at give de tilsvarende methylestere eller ethylestere. Ultralydbehandling kan opnå et biodieseludbytte på over 99%. Ultralyd reducerer behandlingstiden og separationstiden betydeligt.
Klik her for at læse mere om ultralydsassistent transesterificering af olie i biodiesel!

Ultralyd afgasning og afluftning af væsker

Afgasning af væsker er en anden vigtig anvendelse af sonde-type ultralydapparater. Ultralydvibrationer og kavitation forårsager sammensmeltning af opløste gasser i en væske. Efterhånden som de små gasbobler smelter sammen, danner de derved større bobler, som flyder hurtigt til væskens øverste overflade, hvorfra de kan fjernes. Således kan ultralydafgasning og afluftning reducere niveauet af opløst gas under det naturlige ligevægtsniveau.
Klik her for at læse mere om ultralyd afgasning af væsker!

Denne video viser effektiv afgasning af viskøs olie (40cP). Ultralydbehandling fjerner små suspenderede gasbobler fra væsken og reducerer niveauet af opløst gas under det naturlige ligevægtsniveau.

Ultralyd Inline Afgasning & Skumdæmning af olie (40cP)

Videominiaturebillede

Ultralydtråd, kabel og strimler

spole af kabelUltralydsrensning er et miljøvenligt alternativ til rengøring af kontinuerlige materialer, såsom ledning og kabel, tape eller rør. Effekten af den kraftige ultralydkavitation fjerner smørerester som olie eller fedt, sæber, stearater eller støv fra materialets overflade. Hielscher Ultrasonics tilbyder forskellige ultralydssystemer til inline rengøring af kontinuerlige profiler.
Klik her for mere information om ultralydsrensning af kontinuerlige profiler!

Kontakt os! / Spørg Os!

Bed om mere information

Brug venligst nedenstående formular til at anmode om yderligere oplysninger om ultralydsprocessorer, programmer og pris. Vi vil være glade for at diskutere din proces med dig og tilbyde dig et ultralydssystem, der opfylder dine krav!









Bemærk venligst, at vores Fortrolighedspolitik.


Hvad gør sonikering til en overlegen behandlingsmetode?

Sonikering, eller brugen af højfrekvente lydbølger til at agitere væsker, er en effektiv behandlingsmetode af forskellige årsager. Her er nogle grunde til, at sonikering ved høj intensitet og lavfrekvens på ca. 20 kHz er særlig virkningsfuld og fordelagtig til behandling af væsker og opslæmninger:

  1. Kavitation: En af de vigtigste mekanismer for sonikering er skabelsen og sammenbruddet af små bobler, et fænomen kaldet kavitation. Ved 20 kHz er lydbølgerne på den helt rigtige frekvens til at skabe og kollapse bobler effektivt. Sammenbruddet af disse bobler producerer chokbølger med høj energi, som kan nedbryde partikler og forstyrre celler i væsken, der sonikeres.
  2. Oscillation og vibrationer: Udover den genererede akustiske kavitation skaber oscillationen af ultralydssonden yderligere omrøring og blanding i væsken og derved fremmer masseoverførsel og / eller afgasning.
  3. Penetration: Lydbølger ved 20 kHz har en relativt lang bølgelængde, som gør det muligt for dem at trænge dybt ind i væsker. Ultralydkavitation er et lokaliseret fænomen, der forekommer i omgivelserne af ultralydssonden. Med stigende afstand til sonden falder kavitationsintensiteten. Sonikering ved 20kHz kan dog effektivt behandle større mængder væske sammenlignet med højere frekvens sonikering, som har kortere bølgelængder og kan være mere begrænset i dens penetrationsdybde.
  4. Lavt energiforbrug: Sonikering kan opnås med relativt lavt energiforbrug sammenlignet med andre behandlingsmetoder såsom højtrykshomogenisering eller mekanisk omrøring. Dette gør det til en mere energieffektiv og omkostningseffektiv metode til behandling af væsker.
  5. Lineær skalerbarhed: Ultralydsprocesser kan skaleres helt lineært til større eller mindre mængder. Dette gør procestilpasninger i produktionen pålidelige, da produktkvaliteten kan opretholdes kontinuerligt stabil.
  6. Batch- og inline-flow: Ultralydbehandling kan udføres som batch eller som kontinuerlige inline-processer. Til sonikering af partier indsættes ultralydssonden i den åbne beholder eller lukkede batchreaktor. Til sonikering af en kontinuerlig strømningsstrøm installeres en ultralydsflowcelle. Det flydende medium passerer sonotroden (ultralyd vibrerende stang) i enkelt pass eller recirkulation og er meget ensartet og effektiv udsat for ultralydbølgerne.

Samlet set gør de intense kavitationskræfter, lavt energiforbrug og processkalerbarhed lavfrekvent sonikering med høj effekt til en effektiv metode til behandling af væsker.

Arbejdsprincip og brug af ultralydsbehandling

Ultralydbehandling er en kommerciel behandlingsteknologi, som er blevet vedtaget af mange industrier til storskala produktion. Høj pålidelighed og scaleablility samt lave vedligeholdelsesomkostninger og høj energieffektivitet gør ultralydsprocessorer til et godt alternativ til traditionelt væskebehandlingsudstyr. Ultralyd tilbyder yderligere spændende muligheder: Kavitation – den grundlæggende ultralydseffekt – giver unikke resultater i biologiske, kemiske og fysiske processer. For eksempel producerer ultralydsdispersion og emulgering let stabile nano-størrelse formuleringer. Også inden for botanisk ekstraktion er ultralyd en ikke-termisk teknik til at isolere bioaktive forbindelser.

Mens lavintensitets- eller højfrekvent ultralyd hovedsageligt anvendes til analyse, ikke-destruktiv test og billeddannelse, anvendes ultralyd med høj intensitet til behandling af væsker og pastaer, hvor intense ultralydbølger anvendes til blanding, emulgering, dispergering og deagglomerering, celleopløsning eller enzymdeaktivering. Ved sonikering af væsker ved høje intensiteter formerer lydbølgerne sig gennem det flydende medie. Dette resulterer i vekslende højtryks- (kompression) og lavtrykscyklusser (rarefaction) med hastigheder afhængigt af frekvensen. Under lavtrykscyklussen skaber ultralydbølger med høj intensitet små vakuumbobler eller hulrum i væsken. Når boblerne når et volumen, hvor de ikke længere kan absorbere energi, kollapser de voldsomt under en højtrykscyklus. Dette fænomen kaldes kavitation. Under implosionen nås meget høje temperaturer (ca. 5.000K) og tryk (ca. 2.000atm) lokalt. Implosionen af kavitationsboblen resulterer også i flydende stråler på op til 280 meter i sekundet hastighed.

Ultralydkavitation i væsker kan forårsage hurtig og fuldstændig afgasning; initiere forskellige kemiske reaktioner ved at generere frie kemiske ioner (radikaler); fremskynde kemiske reaktioner ved at lette blandingen af reaktanter; forbedre polymerisations- og depolymerisationsreaktioner ved at sprede aggregater eller ved permanent at bryde kemiske bindinger i polymere kæder; øge emulgeringshastighederne forbedre diffusionshastighederne producere stærkt koncentrerede emulsioner eller ensartede dispersioner af materialer i mikronstørrelse eller nanostørrelse hjælpe med udvinding af stoffer såsom enzymer fra dyre-, plante-, gær- eller bakterieceller fjerne vira fra inficeret væv; og endelig erodere og nedbryde modtagelige partikler, herunder mikroorganismer. (jf. Kuldiloke 2002)

Ultralyd med høj intensitet producerer voldelig omrøring i væsker med lav viskositet, som kan bruges til at sprede materialer i væsker. (jf. Ensminger, 1988) Ved flydende/faste eller gas/faste grænseflader kan den asymmetriske implosion af kavitationsbobler forårsage ekstreme turbulenser, der reducerer diffusionsgrænselaget, øger konvektionsmasseoverførslen og fremskynder diffusionen betydeligt i systemer, hvor almindelig blanding ikke er mulig. (jf. Nyborg, 1965)

Kraftfuld Ultrasonic kavitation på Hielscher Cascatrode

Kraftfuld Ultrasonic kavitation på Hielscher Cascatrode



Litteratur

Ultralydsreaktor til kemisk syntese, fx transesterificering, esterificering eller acetyleringsprocesser.

Ultralydsreaktor med 4x 2000 watt sonder (8kW) til sonokemiske processer.


Højtydende ultralyd! Hielschers produktsortiment dækker hele spektret fra den kompakte lab ultralydsprocessor over bench-top enheder til fuldindustrielle ultralydssystemer.

Hielscher Ultrasonics fremstiller højtydende ultralyd homogenisatorer fra Lab til industriel størrelse.

Vi vil være glade for at diskutere din proces.

Lad os komme i kontakt.