Ultraschall-HighShear Inline-Mischer
High-Shear-Ultraschallmischer für kontinuierliche Mischprozesse im Inline-Verfahren bieten mehrere Vorteile gegenüber herkömmlichen Kolloidhomogenisatoren. Durch den Einsatz von Hochleistungs-Ultraschall zum Mischen können Hielscher Ultraschall-High-Shear-Mischer gleichmäßig dispergierte kolloidale Suspensionen und Emulsionen im Nanobereich erzeugen. Ultraschall-Inline-Homogenisatoren können jegliche Volumina und Viskositäten verarbeiten und sind auch für sehr abrasive Partikel geeignet.
High-Shear Inline-Mischen mit Hochleistungs-Ultraschall
Die Inline-Homogenisierung von Fest-Flüssig- oder Flüssig-Flüssig-Suspensionen ist eine notwendige Anwendung bei der Herstellung zahlreicher Materialien und Güter. Ultraschall-High-Shear-Inline-Mischer werden in vielen Branchen eingesetzt, z.B. bei der Herstellung von Farben, Pigmenten & Tinten, Polymeren & Verbundwerkstoffen, Kraftstoffen, Lebensmitteln & Getränken, Nahrungsergänzungsmitteln, Pharmazeutika, Kosmetika & Körperpflegeprodukten und zahlreichen weiteren Produkten. Ultraschall-High-Shear-Inline-Homogenisatoren werden zum Mischen, Dispergieren, Deagglomerieren, Emulgieren, Benetzen, Lösen und Mikrozerkleinern von Partikeln eingesetzt. Eine besondere Stärke von Ultraschall-High-Shear-Inline-Mischern ist die Fähigkeit, Nanomaterialien (z.B. in Nano-Dispersionen, Nano-Emulsionen) zuverlässig zu verarbeiten.
Ultraschall-Inline-Mischer erzeugen hohe Scherkräfte und können große Volumen, hohe Feststoffkonzentrationen und abrasive Partikel problemlos verarbeiten.
Wie funktioniert das High-Shear-Mischen mittels Ultraschall?
Das Hochscher-Mischen und -Homogenisieren mittels Ultrascahall basiert auf dem Wirkprinzip der akustischen Kavitation. Wenn Flüssigkeiten mit hohen Intensitäten beschallt werden, breiten sich die Ultraschallwellen in dem flüssigen Medium aus und erzeugen wechselnden Hochdruck- (Kompression) und Niederdruckzyklen (Rarefaktion). Hochleistungs-Ultraschallgeräte arbeiten mit einer Frequenz von ca. 20kHz. Das bedeutet 20.000 Schwingungen pro Sekunde. Während des Niederdruckzyklus erzeugen die hochintensiven Ultraschallwellen kleine Vakuumblasen in der Flüssigkeit. Wenn die Kavitationsblase eine Größe erreicht hat, bei der sie keine weitere Energie mehr absorbieren kann, kollabiert sie während eines Hochdruckzyklus heftig. Dieses Phänomen der Blasenimplosion ist unter dem Fachbegriff "Kavitation" bekannt. Bei der Implosion werden lokal sehr hohe Temperaturen (ca. 5.000K) und Drücke (ca. 2.000atm) erreicht. Die Implosion der Kavitationsblase erzeugt zudem Flüssigkeitsstrahlen mit einer Geschwindigkeit von bis zu 280m/s. (vgl. Suslick 1998)
Diese hochintensiven und disruptiven Kräfte liefern ausreichend Energie, um Partikel in Flüssigkeiten zu zerkleinern, zu deagglomerieren und zu dispergieren. Deshalb sind Ultraschall-High-Shear-Mischer exzellente Werkzeuge in der Verarbeitungstechnik. Ultraschall-Hochschermischer werden als Herstellungs- und Verarbeitungstechnik vor allem in Branchen eingesetzt, in denen Nanotechnologie und Nanomaterialien eine entscheidende Rolle für Performanz und Produktqualität spielen.
Überlegene Prozess- und Energieeffizienz mit Ultraschall-Mischern
Hielscher Ultraschallprozessoren haben eine hervorragende Energieeffizienz von mehr als 85%. Dies reduziert die für den Betrieb notwendigen Stromkosten und führt zu einer höheren Prozessleistung. Kusters et al. (1994) resümieren in ihrer Studie, dass die Ultraschallzerkleinerung ebenso effizient ist wie das konventionelle Mahlen.
Durch Druckbeaufschlagung und Optimierung des Ultraschallprozesses übertrifft die Ultraschall-Mischtechnik herkömmliche Mischverfahren wie Rotationsblattmischer, Hochdruck-Homogenisierer oder Kugelmühlen jedoch oftmals bei weitem.
In einer weiteren Studie verglichen Pohl et al. (2004) die Verarbeitungseffizienz der Ultraschall-Dispergierung von Silica mit anderen High-Shear-Mischmethoden, wie z.B. mit einem IKA Ultra-Turrax (Rotor-Stator-System). Pohl et al. verglichen die Partikelzerkleinerung von Aerosil 90 (2 Gew.-%) in Wasser unter Verwendung eines Ultra-Turrax (Rotor-Stator-System) bei verschiedenen Einstellungen mit der eines Hielscher Ultraschall-Hochschermischers UIP1000hd mit Durchflusszelle im kontinuierlichen Modus. Die Studie von Pohl et al. kommt zu dem Schluss, dass "bei konstanter spezifischer Energie EV Ultraschall effektiver ist als das Rotor-Stator-System" und dass "die angewandte Ultraschallfrequenz im Bereich von 20 kHz bis 30 kHz keinen wesentlichen Einfluss auf den Dispergierprozess hat."
- hoher Wirkungsgrad
- für Mikron- und Nanopartikel
- Inline
- für jedes Volumen
- kann sehr hohe Viskositäten verarbeiten
- kann abrasive Partikeln verarbeiten
- ohne bewegliche Teile (keine Rotoren, Flügel)
- ohne Mahlgut (keine Perlen)
- CIP (Clean-in-Place)
Ultraschall-Partikelzerkleinerung von Calcium-Hydroxylapatit (30% Feststoffkonzentration, 150Ws/g US)
UIP4000hdT, ein 4000 Watt starker industrieller High-Shear-Mischer für die Inline-Verarbeitung, z.B. Nassmahlen, Dispergieren, Emulgieren und Lösen von kolloidalen Suspensionen.
Wo können Sie Ultraschall-Inline-Mischer mit hoher Scherkraft kaufen?
Hielscher Ultrasonics ist Ihr zuverlässiger Partner, wenn es um Hochleistungsbeschallungsprozesse wie dem Ultraschallmahlen, Dispergieren, Emulgieren und Lösen geht. Die High-Shear-Ultraschall-Inline-Mischer von Hielscher können sehr hohe Amplituden liefern. Amplituden von bis zu 200µm können problemlos im 24/7/365-Betrieb gefahren werden. Für noch höhere Amplituden sind kundenspezifische Ultraschallsonotroden erhältlich. Eine große Auswahl an Ultraschall-Inline-Reaktoren und weiterem Zubehör ermöglicht den idealen Aufbau für Ihre Ultraschall-Anwendung (z.B. Inline-Emulgierung, Partikelzerkleinerung und Homogenisierung).
Intelligente Software, digitales, über Touch-Display einstellbares Menü, automatische Prozessdatenspeicherung und Browser-Fernsteuerung sind Merkmale der Hielscher Ultraschall-Hochscher-Homogenisatoren, welche die Bedienung besonders benutzerfreundlich und einfach machen. Die Clean-in-Place (CIP)-Technologie macht den Einsatz von Ultraschall-High-Shear-Mischern zudem komfortabel. Robustheit, Zuverlässigkeit, einfache Installation und Bedienung sowie ein geringer Wartungsaufwand sind weitere Merkmale, die den Arbeitsalltag mit Hielscher Ultraschall-Homogenisatoren erleichtern.
Kontaktieren Sie uns jetzt, um mehr darüber zu erfahren, wie Ultraschall-High-Shear-Inline-Mischer die Verarbeitung von Fest-Flüssig- und Flüssig-Flüssig-Systemen in Ihrer Produktion verbessern können! Unser gut geschultes und langjährig erfahrenes Team unterstützt Sie gerne mit weiteren Informationen zu Anwendungen und Preisen.
In der folgenden Tabelle finden Sie die ungefähre Verarbeitungskapazität unserer Ultraschallhomogenisatoren:
| Batch-Volumen | Durchfluss | Empfohlenes Ultraschallgerät |
|---|---|---|
| 1 bis 500ml | 10 bis 200ml/min | UP100H |
| 10 bis 2000ml | 20 bis 400ml/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1 bis 20l | 0,2 bis 4l/min | UIP2000hdT |
| 10 bis 100l | 2 bis 10l/min | UIP4000hdT |
| n.a. | 10 bis 100l/min | UIP16000 |
| n.a. | größere | Cluster aus UIP16000 |
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Hielscher Ultrasonics stellt Hochleistungs-Ultraschallhomogenisatoren für Mischanwendungen, Dispergierung, Emulgierung und Extraktion im Labor-, Pilot- und Industriemaßstab her.
Literatur / Literaturhinweise
- Brad W. Zeiger; Kenneth S. Suslick (2011): Sonofragmentation of Molecular Crystals. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 37, 14530–14533.
- Suslick, K. S. (1998): Sonochemistry. in: Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology, 4th Ed. J. Wiley & Sons, New York, vol. 26, 1998. 517-541.
- Kusters, K. A.; Pratsinis, S. E.; Thomas, S. G. and Smith, D. M. (1994): Energy-size reduction laws for ultrasonic fragmentation. Powder Technology 80, 1994. 253-263.
- Ahmed Taha, Eman Ahmed, Amr Ismaiel, Muthupandian Ashokkumar, Xiaoyun Xu, Siyi Pan, Hao Hu (2020): Ultrasonic emulsification: An overview on the preparation of different emulsifiers-stabilized emulsions. Trends in Food Science & Technology Vol. 105, 2020. 363-377.
- Pohl, M. and Schubert, H. (2004): Dispersion and deagglomeration of nanoparticles in aqueous solutions. PARTEC 2004.
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