Ultraschall-Hochschermischer für Inline-Prozesse
Ultraschallgeräte mit hoher Scherwirkung für Inline-Mischprozesse bieten gegenüber herkömmlichen Kolloidhomogenisatoren verschiedene Vorteile. Der Einsatz von Hochleistungsultraschall zum Mischen ermöglicht es den Ultraschall-Hochschermischern von Hielscher, gleichmäßig dispergierte kolloidale Suspensionen und Emulsionen im Nanobereich herzustellen. Ultraschall-Inline-Homogenisatoren können beliebige Volumina und Viskositäten verarbeiten und sogar sehr abrasive Partikel bewältigen.
Inline-Mischen mit hoher Scherwirkung durch Leistungsultraschall
Die Inline-Homogenisierung von Fest-Flüssig- oder Flüssig-Flüssig-Suspensionen ist ein notwendiger Prozess bei der Herstellung vielfältiger Materialien und Produkte. Ultraschall-Inline-Hochschermischer werden in zahlreichen Branchen eingesetzt, unter anderem bei der Herstellung von Farben, Pigmenten und Tinten, Polymeren und Verbundwerkstoffen, Kraftstoffen, Lebensmitteln und Getränken, Nahrungsergänzungsmitteln, Pharmazeutika, Kosmetika und Körperpflegeprodukten. Ultraschall-Inline-Homogenisatoren mit hoher Scherwirkung werden zum Mischen, Dispergieren, Deagglomerieren, Emulgieren, Benetzen, Lösen und Feinmahlen von Partikeln eingesetzt. Eine besondere Stärke von Ultraschall-Inline-Hochschermischern ist die zuverlässige Verarbeitung von Nanomaterialien (z. B. Nanodispersionen, Nanoemulsionen).
Ultraschall-Inline-Hochschermischer verarbeiten große Volumina, hohe Feststoffkonzentrationen und abrasive Partikel.
Wie funktioniert das Ultraschallmischen mit hoher Scherwirkung?
Das Mischen und Homogenisieren mit hoher Scherwirkung durch Ultraschall beruht auf dem Wirkprinzip der akustischen Kavitation. Werden Flüssigkeiten mit hoher Intensität beschallt, breiten sich die Ultraschallwellen im flüssigen Medium aus und erzeugen abwechselnd Hochdruckphasen (Kompression) und Niederdruckphasen (Expansion). Hochleistungsultraschallgeräte arbeiten mit einer Frequenz von etwa 20kHz. Das entspricht 20.000 Schwingungen pro Sekunde. Während der Niederdruckphase erzeugen Ultraschallwellen hoher Intensität kleine Vakuumblasen in der Flüssigkeit. Erreicht eine Kavitationsblase eine Größe, bei der sie keine weitere Energie aufnehmen kann, kollabiert sie während einer Hochdruckphase schlagartig. Dieses Phänomen der Blasenimplosion ist unter dem Fachbegriff „Kavitation“ bekannt. Während der Implosion werden lokal sehr hohe Temperaturen (ca. 5.000K) und Drücke (ca. 2.000atm) erreicht. Die Implosion der Kavitationsblase erzeugt außerdem Flüssigkeitsstrahlen mit Geschwindigkeiten von bis zu 280m/s. (Vgl. Suslick 1998)
Diese äußerst intensiven, aufbrechenden Kräfte liefern ausreichend Energie, um Partikel in Flüssigkeiten zu mahlen, zu deagglomerieren und zu dispergieren, und machen Ultraschall-Hochschermischer zu einer herausragenden Verarbeitungstechnologie. Daher werden sie als Herstellungs- und Verarbeitungstechnik eingesetzt, insbesondere in Bereichen, in denen Nanotechnologie und Nanomaterialien eine entscheidende Rolle für die Leistungsfähigkeit und Produktqualität spielen.
Überlegene Prozess- und Energieeffizienz mit Ultraschallmischern
Ultraschallprozessoren von Hielscher haben eine herausragende Energieeffizienz von über 85%. Dies senkt die Stromkosten im Betrieb und führt zu einer höheren Verarbeitungsleistung. Kusters et al. (1994) kommen in ihrer Studie zu dem Schluss, dass die Ultraschallfragmentierung ebenso effizient ist wie konventionelles Mahlen.
Durch Druckbeaufschlagung und Optimierung des Ultraschallprozesses übertrifft die Ultraschallmischtechnik herkömmliche Mischverfahren wie Mischer mit rotierenden Messern, Hochdruckhomogenisatoren oder Kugelmühlen häufig bei Weitem.
In einer weiteren Studie verglichen Pohl et al. (2004) die Verarbeitungseffizienz der Ultraschalldispergierung von Siliziumdioxid mit anderen Hochscher-Mischverfahren, beispielsweise mit einem IKA Ultra-Turrax (Rotor-Stator-System). Pohl et al. verglichen die Partikelgrößenreduktion von Aerosil 90 (2 Gew.-%) in Wasser mithilfe eines Ultra-Turrax (Rotor-Stator-System) bei verschiedenen Einstellungen mit der eines Ultraschall-Hochschermischers UIP1000hd von Hielscher mit Durchflusszelle im kontinuierlichen Betrieb. Die Studie von Pohl et al. kommt zu dem Schluss, dass „bei konstanter spezifischer Energie EV Ultraschall wirksamer ist als das Rotor-Stator-System“ und dass „die eingesetzte Ultraschallfrequenz im Bereich von 20 kHz bis 30 kHz keinen wesentlichen Einfluss auf den Dispergierprozess hat“.
- hohe Effizienz
- für Mikro- und Nanopartikel
- kontinuierlicher Inline-Betrieb
- für jedes Volumen
- können sehr hohe Viskositäten verarbeiten
- können abrasive Partikel verarbeiten
- ohne bewegliche Teile (keine Rotoren oder Messer)
- ohne Mahlkörper (keine Mahlperlen)
- CIP (Clean-in-Place)
Ultraschall-Partikelgrößenreduktion von Calciumhydroxylapatit (30% Feststoffkonzentration, 150Ws/g US)
UIP4000hdT, ein leistungsstarker industrieller Hochschermischer mit 4000 Watt für die Inline-Verarbeitung, z. B. zum Nassmahlen, Dispergieren, Emulgieren und Lösen kolloidaler Suspensionen.
Wo können Sie Ihren Ultraschall-Inline-Hochschermischer kaufen?
Hielscher Ultrasonics ist Ihr zuverlässiger Partner für leistungsstarke Beschallungsprozesse wie Ultraschallmahlen, Dispergieren, Emulgieren und Lösen. Die Ultraschall-Inline-Hochschermischer von Hielscher können sehr hohe Amplituden erzeugen. Amplituden von bis zu 200µm können problemlos im kontinuierlichen 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 die ideale Konfiguration für Ihre Ultraschallanwendung (z. B. Inline-Emulgieren, Partikelgrößenreduktion und Homogenisieren).
Intelligente Software, eine digitale Menüführung über ein Touchdisplay, automatische Datenaufzeichnung und Fernsteuerung über den Browser gehören zu den Merkmalen der Ultraschall-Hochscherhomogenisatoren von Hielscher, die die Bedienung besonders benutzerfreundlich und einfach machen. Die Clean-in-Place-Technologie (CIP) macht den Einsatz von Ultraschall-Hochschermischern komfortabel. Robustheit, Zuverlässigkeit, einfache Installation und Bedienung sowie geringer Wartungsaufwand sind weitere Merkmale, die den Arbeitsalltag mit Ultraschallgeräten von Hielscher erleichtern.
Kontaktieren Sie uns jetzt und erfahren Sie, wie Ultraschall-Inline-Hochschermischer die Verarbeitung Ihrer Fest-Flüssig- und Flüssig-Flüssig-Systeme verbessern können! Unser gut ausgebildetes Team mit langjähriger Erfahrung unterstützt Sie gerne mit weiteren Informationen zu Anwendungen und Preisen.
Die folgende Tabelle gibt Ihnen einen Überblick über die ungefähre Verarbeitungskapazität unserer Ultraschallgeräte:
| Chargenvolumen | Volumenstrom | Empfohlene Geräte |
|---|---|---|
| 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. | höher | Verbund aus UIP16000 |
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Hielscher Ultrasonics stellt leistungsstarke Ultraschallhomogenisatoren für Mischanwendungen, Dispergierung, Emulgierung und Extraktion im Labor-, Pilot- und Industriemaßstab her.
Literatur / Quellen
- 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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