Hielscher Ultraschalltechnik

High-Shear Mischen mit Ultraschall

Hochschermischer koppeln hohe Scherkräfte in Flüssigkeiten und Slurries ein, um eine gleichmäßige Dispergierung, Mischung und Emulgierung von zwei oder mehr Flüssig/Fest- oder Flüssig/Flüssig-Phasen zu erzielen. Ultraschall erzeugt hohe Scherkräfte mittels akustischer Kavitation, die auftritt, wenn Hochleistungs-Ultraschall in Flüssigkeiten eingetragen wird. Ultraschall-Hochschermischer und -Dispergierer sind überlegene Mischsysteme, die typische Hochschermischer, Zweiwellenmischer, Hochdruckhomogenisatoren, Kolloidmühlen und Rührwerke leicht übertreffen.

Die Vorteile von Ultraschall-Hochschermischern

Ultraschall-Hochschermischer sind vom 50W Laborhomogenisatoren bis hin zu 16.000W leistungsstarken industriellen Mischsystemen erhältlich. Das breite Portfolio von Labor-, Benchtop- und Industrie-Ultraschall-Hochschermischern bietet Ihnen den idealen Ultraschall-Hochschermischer für Ihre Anwendung und Ihr Produktionsvolumen.
Hohe Amplituden an der Ultraschallsonotrode erzeugen intensive Kavitation mit Flüssigkeitsströmen, die sehr hohe Geschwindigkeiten erreichen und komplexe Turbulenzen erzeugen. Die ultraschall-generierte intensive hydraulische und mechanische Scherung reduziert Partikel und Tröpfchen auf Mikro- und Nanogröße. Da die Beschallungsprozessparameter präzise steuerbar und einstellbar sind, können die Effekte des Mischens, Mahlens und Dispergierens präzise an das Ausgangsmaterial sowie das Prozessziel angepasst werden. Ultraschall-Hochschermischer reduzieren die Misch-/Mahlzeit und produzieren zuverlässig feine und ultrafeine Dispersionen.
Ultraschallmischer können für Batch- sowie für kontinuierliche Durchfluss-Prozesse eingesetzt werden. Die Vielfalt der Ultraschall-Durchflusszellen und Reaktoren erlaubt auch das Mischen von Strömen mit sehr unterschiedlichen Durchflussraten und Viskositäten. Ultraschall-Hochschermischer können sehr hohe Feststoffkonzentrationen verarbeiten und auch sehr abrasive Partikel sind kein Problem.

Wie funktioniert das Hochscher-Mischen mittels Ultraschall?

Ultraschallprozessor UIP4000hdT, ein 4kW starker Ultraschall-ReaktorUltraschall-Hochschermischer verwenden das gleiche mechanische Prinzip wie konventionelle industrielle Mischsysteme, z.B. Hochschermesser, Zweiwellenmischer, Kolloidmühlen, Hochdruckhomogenisatoren und Schaufelrührwerke. Ultraschall-Mischsysteme werden verwendet, um Partikel zu dispergieren und zu mahlen, Öl- und Wasserphasen zu emulgieren, Feststoffe zu lösen und verschiedene Materialien in Flüssigkeiten und Slurries zu einer homogenen Mischungen zu verarbeiten. Bei Ultraschallschermischer ragt eine Ultraschallsonotrode in ein Mischgefäß, z.B. in einen Tank oder in eine Durchflusszelle. Die Ultraschall-Sonotrode schwingt in der Flüssigkeit mit sehr hoher Frequenz (ca. 20kHz) und erzeugt intensive Ultraschallkavitation in der Flüssigkeit. Die Implosion der Kavitationsblasen führt zu starken Scherkräften, welche Tropfen, Agglomerate, Aggregate und sogar Primärpartikel aufbrechen und zerschlagen. Da Ultraschallkavitation Hochgeschwindigkeitskavitationsströmung mit bis zu 1000 km/h erzeugt, beschleunigen die kavitationalen Flüssigkeitsströne auch die in der Flüssigkeit vorhandenen Partikel. Wenn die beschleunigten Partikel miteinander kollidieren, fungieren die Partikel als Mahlkörper. Die kollidierenden Partikel werden zerschlagen und auf Mikron- oder Nanogröße reduziert. Im Ultraschall-Kavitationsfeld wechseln sich die Drücke schnell und wiederholt zwischen Vakuum und bis zu 1000bar ab. Ein Rührwerk mit 4 Mischerschaufeln müsste mit sagenhaften 300.000 Umdrehungen pro Minute betrieben werden, um die gleiche Frequenz von Wechseldruckzyklen zu erreichen. Konvetionelle Schaufelmischer und Rotor-Stator-Mischer erzeugen aufgrund ihrer Geschwindigkeitsbegrenzung keine nennenswerte Kavitation.

Ultrasonic high-shear mixer with stirred tank

Ultraschall-Hochschermischer UIP2000hdT, eine 2kW leistungsstarkes Mischsystem

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Processing Tip: Ultraschall-Mischen unter Druck

Beaufschlagt man den Ultraschallreaktor oder die Durchflusszelle mit Druck, wird dadurch die akustische Kavitation verstärkt. Hielscher Ultrasonics liefert verschiedene Durchflusszellen- und Reaktortypen, die leicht bis zu 5 barg Druck beaufschlagt werden können. Kundenspezifisch angefertigte Ultraschallreaktoren können mit höheren Drücken bis zu 300barg arbeiten.

Ultraschall-Hochschermischer und ihre Anwendungen

Ultraschall-Hochschermischer erzeugen intensive Scherkräfte, welche die erforderlichen Effekte auf Partikel, z.B. Feststoffe, Tröpfchen, Kristalle und Fasern, haben, um sie zu zerschalgen und auf eine gezielte Größe zu reduzieren, welche im Mikron- oder Nanobereich liegt. Je nach Werkstoffhärte und Sprödigkeit des Ausgangsmaterials können die Ultraschall-Prozessparameter exakt eingestellt werden, um das angestrebte Mischergebnis zu erzielen. Im Vergleich zu alternativen Mischverfahren wie Hochscherrührern, Hochdruckhomogenisatoren, Kolloid-/Perlmühlen, Wellenmischern etc. bieten Ultraschall-Dispergatoren einige wesentliche Vorteile.

Vorteile von Ultraschall-Hochschermischern

  • Hochintensive Kavitation und Scherkräfte
  • Gleichmäßige Partikelverarbeitung
  • hohe Feststoffkonzentrationen verarbeiten
  • Keine Düsen / kein Verstopfen
  • Kein Mahlmedium (d.h. Perlen) erforderlich
  • Lineare Skalierbarkeit
  • einfacher & sicherer Betrieb
  • Leicht zu reinigen
  • Zeit - & energieeffizient

Ultraschall-Hochschermischer zur Partikelgrößenreduzierung

Ultraschalldesintegratoren werden zur Partikelzerkleinerung und Partikelverteilung eingesetzt, sei es zur echten Zerkleinerung von Primärpartikeln (als Mahlen bezeichnet) oder zum Aufbrechen von Agglomeraten (als Deagglomeration / Dispergierung bezeichnet).
Lesen Sie mehr über das Ultraschall-Mahlen und Dispergieren von Partikeln!

Ultraschall-Hochschermischen von Fumed Silica

Ultraschall-Hochschermischer für die Emulgierung

Wenn zwei nicht mischbare Flüssigkeiten (z. B. Wasser und Öl) mit einem Ultraschallmischer beschallt werden, zerreißt die Ultraschallkavitation die Tröpfchen – dadurch entstehen sehr kleine Tröpfchen der beiden unmischbaren Phasen, welche dann miteinander vermischt werden. Da Ultraschall-Hochschermischer problemlos nanogroße Tröpfchen produzieren, weisen stabilisierte Ultraschallemulsionen normalerweise eine hohe Langzeitstabilität und ein klares transparentes Erscheinungsbild auf.
Da jede Art von Emulsion ihren spezifischen Emulgier-/Schergrenzwert hat, bei der optimale Tröpfchengröße und -eigenschaften erhalten werden, ist die präzise Einstellung der Mischparameter entscheidend. Während zu niedrige Scherung zu zu großen Tröpfchen führt, welche sich schnell absetzen und zu einer Phasentrennung führen, kann zu hohe Scherung das Produkt zerstören. Ultraschall-Hochschermischer können präzise gesteuert und an die Prozessanforderungen angepasst werden.
Klicken Sie hier, um mehr über die Ultraschall-Nanoemulgierung zu erfahren!

Ultraschall-Hochschermischer UP200Ht zur Emulgierung

Ultraschall-Hochschermischer zum Mischen und Lösen

Ultraschall-Hochschermischer werden verwendet, um Partikel wie Pulver, Pigmente und Fasern in einem schnellen, zuverlässigen und einfachen Prozess zu mischen, zu fräsen, zu dispergieren und aufzulösen. Ultraschall erzeugte Kavitation erhöht den Massentransfer zwischen Feststoffen und Flüssigkeit. Ultraschallkavitation hat einen starken Einfluss auf Feste Partikel: Die kavitationsflüssigkeitsströme erodieren die Oberfläche von Feststoffen und transportieren die erodierten Fragmente in die Flüssigkeit, wodurch eine homogene Suspension entstellt wird.
Klicken Sie hier, um mehr über das Lösen mittels Ultraschall zu erfahren!

Anwendung von Ultraschall-Hochschermischern

  • Mahlen & Feinmahlen
  • Desagglomeration & Dispersion
  • Emulgierung
  • Lösen von Pulvern
  • Verbesserung des Massetransfers
  • sonochemische Reaktionen
The Hielscher Ultrasonics SonoStation is an easy-to-use ultrasonic high-shear mixer setup for production scale. (Click to enlarge!)

SonoStation – ein Ultraschallsystem mit 2x 2kW Ultraschallgeräten, Rührtank und Pumpe – ist ein benutzerfreundliches System zum Mischen, Fräsen und Dispergieren von Anwendungen.

High-Shear-Mixer in beliebiger Größe

Hielscher Ultrasonics entwickelt, produziert und vertreibt Hochleistungs-Hochleistungsmischer vom kompakten, aber leistungsstarken Laborgerät bis hin zu Pilot- und Industrie-Hochschermischern zur Verarbeitung großer Volumenströme auf kommerzieller Produktionsebene.

Hochschermischer für das Labor

Sonden-Ultraschallmischer sind in jedem Labor etablierte Werkzeuge. Da Ultraschallprozesse linear auf große Mengen skaliert werden können, sind Hielscher Ultraschall-Hochschermischer ideal, um Ihren Prozess im kleinen Maßstab zu entwickeln und zu optimieren. Nach der Ermittlung der optimalen Prozessparameter kann Ihre Mischanwendung linear auf Pilot- und Massenproduktion hochskaliert werden.
Hielscher bietet Ultraschall-Hochschermischer für Laborwaagen mit einem Leistungsbereich von 50 bis 400 Watt Ultraschall-Mischleistung.

Hochschermischer für die Industrie

8kW high-shear mixer powered by high-performance ultrasonicsHielscher Industrie-Hochschermischer sind Hochleistungs-Ultraschallprozessoren, die zum Fräsen, Dispergieren, Emulgieren und Mischen großer Gülleströme bei hohem Einsatz entwickelt wurden. Diese Industriemischer verarbeiten problemlos hohe Feststoffkonzentrationen und abrasive Partikel. Die Sonden (Sonotroden) von industriellen Ultraschall-Hochschermischern sind mit einem Flansch ausgestattet, so dass der Mischer in Stahltanks, Glasgefäße oder Kunststoffbehälter in beliebiger Ausrichtung integriert werden kann. Der Druck auf das Ultraschallgefäß oder die Durchflusszelle verstärkt die akustische Kavitation und damit den Ultraschall-Mischprozess. Hielscher Ultrasonics bietet industrielle Hochschermischer von 500 bis 16.000 Watt. Mit dem UIP16000 bietet Hielscher den leistungsstärksten Ultraschall-Hochschermischer weltweit.
Hochviskose Materialien? – Kein Problem! Alle Hielscher Ultraschallprozessoren in den Kategorien Bench-Top und Industrie können zähflüssige Schlämme von bis zu 250.000 Centipoise problemlos verarbeiten. Für Viskositäten von mehr als 2.000 cPs empfehlen wir die Verwendung von Durchflusszellen in Kombination mit progressiven Hohlraumpumpen zur verbesserten Kopplung der Ultraschallwellen in die Flüssigkeit.

Wie finde ich den richtigen Ultraschall-Hochschermischer?

Hielscher Ultrasonics ist seit langem erfahrener Hersteller leistungsstarker und zuverlässiger Ultraschall-Hochschermischsysteme, die zum Dispergieren und Brechen von Partikeln, zur Herstellung von Nanoemulsionen oder zum Auflösen von Pulvern in Flüssigkeiten eingesetzt werden. Als Marktführer für Ultraschallmischer entwickelt, produziert und vertreibt Hielscher Ultraschall-Hochschermischer und Homogenisatoren vom Labor und Der Bank bis hin zu Pilot- und Vollindustriellem.

Die Beantwortung der folgenden Fragen hilft Ihnen, den für Ihren Prozess am besten geeigneten Hochschermischer zu finden:

  • Was ist Ihre Zielanwendung?
  • Wie groß ist das typische Volumen, das verarbeitet werden muss?
  • Was sind die kritischen Faktoren des Prozesses?
  • Welche Qualitätsstandards müssen erreicht werden?

Unsere gut ausgebildeten und erfahrenen Mitarbeiter stehen Ihnen bei Fragen und der Konzeption Ihres Mischprozesses zur Seite. Hielscher Ultrasonics bietet eine umfassende Beratung zur Ultraschallverarbeitung, um unseren Kunden bei der Suche nach dem idealsten Ultraschall-Hochschermischer zu helfen. Aber Hielschers Service endet hier nicht, wir schulen Kunden entweder in ihren Anlagen oder in unserem Ultraschall-Prozesslabor und technischen Zentrum, um sie bei der Prozessentwicklung, Optimierung und Skalierung zu unterstützen.
Hielscher Ultrasonics‘ industrielle Ultraschallprozessoren liefern leicht sehr hohe Amplituden, die erforderlich sind, um harte Partikel und Agglomerate zu brechen oder Schlämme mit hoher fester Konzentration zu verarbeiten. Hielscher Industriemischer laufen im 24/7-Betrieb problemlos mit Amplituden von bis zu 200 m kontinuierlich. Wenn bestimmte Prozesse noch höhere Amplituden erfordern, stehen kundenspezifische Ultraschallsonden zur Verfügung. Zubehör wie Boosterhörner, Durchflusszellen, Beschallungsreaktoren und komplette Rezirkulations-Setups sind leicht verfügbar und ermöglichen es, Ihr Ultraschall-Mischsystem optimal an Ihre Prozessanforderungen anzupassen. Alle Sonotroden und Reaktoren, die die einzigen Teile sind, die mit dem Medium in Berührung kommen, sind CIP/SIP (Reinigung und Sterilisation an Ort und Stelle).

Ausgeklügelte Ultraschall-Hochschermischer

Präzise Kontrolle über die Ultraschall-Prozessparameter von Hielscher Ultrasonics' intelligente SoftwareHielscher Ultrasonics konzentriert sich auf Hochleistungs-Desintegratoren, welche höchste Benutzerfreundlichkeit und modernsten technischen Fortschritt bieten. Das bedeutet, dass die Standards der Hielscher Desintegratoren der Intelligenz und dem Bedienkomfort hochentwickelter Industriemaschinen entspricht. Der Anwender kann die digitalen Hielscher Ultraschallgeräte über Browser Remote Control ansteuern. Die automatische Datenaufzeichnungssoftware schreibt alle wichtigen Ultraschallparameter wie Nettoleistung, Gesamtleistung, Amplitude, Temperatur, Druck, Zeit und Datum als CSV-Datei auf eine integrierte SD-Karte. Darüber hinaus kann der Ultraschalldesintegrator so programmiert werden, dass er sich nach einer bestimmten Zeit oder einem bestimmten Energieeintrag automatisch abschaltet. Auch pulsierende Beschallungsmodi können schnell und einfach programmiert werden. Steckbare Temperatur- und Drucksensoren ermöglichen eine genaue Verfolgung der Probenbedingungen. Da die Temperaturkontrolle von wärmeempfindlichen Materialien ein entscheidender Faktor für die Qualität der Prozessergebnisse ist, bietet Hielscher verschiedene Lösungen, um die Prozesstemperatur im angestrebten Temperaturbereich zu halten.
Die ausgeklügelten Funktionen der Hielscher Ultraschallgeräte gewährleisten höchste Prozesskontrolle, zuverlässige und reproduzierbare Beschallungsergebnisse, Benutzerfreundlichkeit und Arbeitskomfort.

Qualität – Made in Germany

Als Familien- und Familienunternehmen setzt Hielscher auf höchste Qualitätsstandards für seine Ultraschallprozessoren. Alle Ultraschallgeräte werden in unserem Hauptsitz in Teltow bei Berlin entwickelt, hergestellt und gründlich getestet. Robustheit und Zuverlässigkeit der Ultraschallgeräte von Hielscher machen hielscher Ultraschallgeräte zu einem Arbeitspferd in Ihrer Produktion. Der 24/7-Betrieb unter Volllast und in anspruchsvollen Umgebungen ist ein natürliches Merkmal der Hielscher Hochleistungsmischer.

Sie können Hielscher Ultraschall-Hochschermischer in jeder beliebigen Größe kaufen und für Ihren Prozess konfiguriert. Von der Behandlung von Flüssigkeiten in einem kleinen Lab-Becher bis zum kontinuierlichen Durchfluss-Durchmischen von Schlämmen auf industrieller Ebene bietet Hielscher Ultrasonics einen passenden Hochschermischer für Sie! Bitte kontaktieren Sie uns – Wir empfehlen Ihnen gerne das ideale Ultraschallmischer-Setup!

In der folgenden Tabelle finden Sie die ungefähre Verarbeitungskapazität unserer Ultraschallsysteme:

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 leistungsstarke Ultraschall-Homogenisatoren für die Dispersion, Emulgierung und Zellenextraktion her.

Leistungsstarke Ultraschall-Homogenisatoren von Labor bis Pilot- und industrielle Maßstab.

Literatur / Literaturhinweise



Wissenswertes

Ultraschallgeräte und ihre Verwendung als Hochschermischer

Ultraschallgeräte sind Sonden-Ultraschallgeräte, die durch die Übertragung der Ultraschallschwingungen über eine Ultraschallsonde in das Verarbeitungsmedium definiert werden. Die Sonde, auch sonotrode genannt, ist eine Titanstange, die in Ultraschallfrequenz vibriert, z.B. 20kHz. Vibrationen bei 20 kHz bedeuten, dass sich die horizontale Oberfläche der Sonde 20.000 Mal pro Sekunde ausdehnt und zusammennimmt. Diese schnellen Bewegungen im Ultraschall-Frequenzbereich an der Spitze der Sonde werden in die Flüssigkeit gekoppelt. In der Flüssigkeit wandern die Ultraschallwellen durch das Medium und erzeugen abwechselnd hochdruck-/niederdruckzyklen. Während des Niederdruckzyklus entstehen winzige Vakuumblasen und wachsen über mehrere Druckzyklen, bis sie einen Punkt erreichen, an dem sie keine weitere Energie aufnehmen können. Am Punkt des maximalen Wachstums platzt die Kavitationsblase heftig. Die Implosion führt zu einem energiedichten Feld mit sehr hohen Temperaturen und Drücken, jeweiligen Temperatur- und Druckdifferenzen, Flüssigkeitsströmen mit Geschwindigkeiten von bis zu 180m/sec und Turbulenzen. Diese Kavitationsenergie hat einen starken Einfluss auf Flüssigkeiten und Schlämme, was zu außergewöhnlichen Mischungs-, Misch-, Fräs-, Dispergations- und Emulgierungsergebnissen führt. Ultraschall-Hochschermischer produzieren leicht nanogroße Partikel und Tröpfchen mit einer sehr schmalen Partikel-/Tröpfchengrößenverteilung.

Common Industries für Ultraschall-Hochschermischer

  • Dispergieren, Lösen, Mischen von Fest/Flüssig-Formulierungen
  • Emulgierung
  • Material Science / Werkstoffkunde
  • Probenvorbereitung vor der Analyse
  • Nanopartikel-Anwendungen
  • Partikel-Funktionalisierung
  • Phasentransfer-Reaktionen