Hielscher Ultraschalltechnik

Ultraschallhomogenisatoren

Ultraschall-Homogenisatoren sind leistungsstarke Werkzeuge zum Mischen und Homogenisieren von Fest-Flüssig- und Flüssig-Flüssig-Suspensionen. Die Ultraschall-Homogenisierung ist ein mechanisches Verfahren, um Partikel in einer Flüssigkeit zu zerkleinern und zu verteilen, so dass eine gleichmäßige, homogene Suspension entsteht. Hielscher Ultrasonics bietet leistungsstarke Ultraschall-Homogenisatoren für den Einsatz in Labor und Industrie.

Die Wirkung von Ultraschall-Homogenisatoren

Einfluss der Partikelgröße auf die OberflächeWenn Ultraschallhomogenisatoren für Anwendungen wie das Mischen, Dispergieren und Emulgieren eingesetzt werden, werden durch energie-intensive Ultrascahallwellen Partikel oder Tröpfchen in einer Flüssigkeit oder Slurry zerkleinert, um dadurch eine gleichmäßige, homogen durchmischte Supsension zu erzeigen. Bei den Partikeln (disperse Phase) kann es sich entweder um Feststoffe oder Flüssigkeiten handeln. Eine Reduzierung des mittleren Durchmessers der Partikel erhöht die Anzahl der einzelnen Partikel. Dies führt zu einer Reduzierung des durchschnittlichen Partikelabstandes und erhöht die Partikeloberfläche. Die Grafik oben (Klicken Sie hier für eine vergrößerte Ansicht) zeigt den Zusammenhang zwischen dem individuellen Partikeldurchmesser und der Gesamtoberfläche. Die Oberfläche und der durchschnittliche Partikelabstand können die Rheologie einer Flüssigkeit beeinflussen.

Besteht ein Unterschied im spezifischen Gewicht zwischen den Partikeln und der Flüssigkeit, kann die Homogenität der Suspension deren Stabilität beeinflussen. Wenn die Partikelgröße für die Mehrheit der Partikel ähnlich ist, nimmt die Tendenz zur Agglomeration beim Absetzen oder Aufsteigen der Partikel ab, da die ähnlich großen Partikel eine ähnliche Geschwindigkeit beim Aufsteigen oder Absetzen aufweisen.

Hochdruck-Homogenisatoren

Der häufigste Mechanismus für die Homogenisierung in der industrie ist die Hochdruckhomogenisierung. Dort wird die Flüssigkeit mit hohem Druck (ca. 2000 barg) durch ein Homogenisierventil gedrückt. Beim Passieren des Ventils durchläuft die Flüssigkeit einen kurzen (ca. 50 Mikrosekunden andauernden) Hochdruck-Niederdruckzyklus.
Während dieser Mechanismus für kleine, weiche Partikel, wie z.B. Fettkügelchen in Milch, gute Ergebnisse erzielt, erreicht die Hochdruckhomogenisierung er seineihre Grenzen, wenn sie für Dispersionen von harten und abrasiven Materialien (z.B. Pigmente, Poliermedien oder Metalloxide) oder für faserige Materialien (z.B. Fruchtpürees, Algen oder Schlamm) eingesetzt wird. Dies liegt an den hohen Flüssigkeitsgeschwindigkeiten (bis zu 120mtr/sec) und an den kleinen Öffnungen der verwendeten Ventile. Wenn das abrasive Material die Pumpen und die Ventilöffnung passiert, verursacht es Verschleiß. Dies reduziert den Wirkungsgrad und die Lebensdauer der Pumpe und des Ventils.

Ultraschall-Homogenisatoren installiert als Cluster: 7x UIP1000hdT (7x 1kW)

7 Ultraschall-Homogenisatoren UIP1000hdT (7x 1kW Ultraschallleistung) als Cluster installiert

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Vorteile der Ultraschall-Homogenisatoren

Im Vergleich zu herkömmlichen Homogenisierungsmethoden zeichnen sich Ultraschall-Homogenisatoren durch folgende Eigenschaften aus:

  • Ultraschall-Homogenisierer produzieren kleine Partikel / Tröpfchen und eine enge Verteilungskurve.
  • Ultraschall-Homogenisatoren können hohe Feststoffkonzentrationen verarbeiten.
  • Ultraschall-Homogenisatoren erzeugen stabiles Suspensionen, Dispersionen und Emulsionen.
  • Ultraschall-Homogenisatoren sind präzise steuerbar, da die wichtigen Prozessparameter (z.B. Amplitude, Leistung, Zeit, Temperatur und Druck) beeinflusst und eingestellt werden können.
  • Ultraschall-Homogenisatoren sind sehr effektiv, energieeffizient, benutzerfreundlich und sicher zu bedienen.

Ultraschall-Homogenisatoren sind sehr effizient bei der Reduktion von weichen und harten Partikeln. Die Homogenisierung basiert auf akustischer Kavitation. Wenn Flüssigkeiten intensivem Ultraschall ausgesetzt sind, breiten sich Schallwellen durch die Flüssigkeit aus und verursachen abwechselnd Hochdruck- und Niederdruckzyklen (ca. 20000 Zyklen/Sek.). Während des Niederdruckzyklus entstehen in der Flüssigkeit hochintensive kleine Vakuumblasen, wenn der Flüssigkeitsdampfdruck erreicht wird.
Wenn die Blasen eine bestimmte Größe erreichen, implodieren sie während eines Hochdruckzyklus und erzeugen dabei in den sogenannten Hot-Spots ein hochenergetisches Feld. Während dieser Implosion werden lokal sehr hohe Drücke und Hochgeschwindigkeits-Flüssigkeitsstrahlen erzeugt. Die daraus resultierenden Ströme und Turbulenzen zerschlagen Partikelagglomerate und führen zu heftigen Kollisionen zwischen einzelnen Partikeln.

Ultraschall-Durchflusszreaktoren aus rostfreiem Stahl für die Beschallung von Flüssigkeiten.Ein großer Vorteil von Ultraschall-Homogenisatoren ist die geringe Anzahl von flüssigkeitsbenetzten und beweglichen Teilen. Dies reduziert den Reibungsverschleiß und die Reinigungszeit. Es gibt nur zwei benetzte Teile: Die Sonotrode und die Durchflusszelle. Beide haben einfache Geometrien und keine kleinen oder versteckten Öffnungen.

Ein weiterer Vorteil der Ultraschallhomogenisatoren ist die genaue Kontrolle über die Betriebsparameter, welche die Kavitation beeinflussen. Hielscher Ultraschall-Homogenisatoren können bei Schwingungsamplituden von ca. 1 bis 200 Mikron eingesetzt werden. Der Flüssigkeitsdruck kann zwischen 0 bis ca. 500psig eingestellt werden. Da Amplitude und Druck die wichtigsten Parameter sind, ermöglicht der große Parameterbereich je nach Einstellung eine sehr schonende bis sehr zerstörerische Verarbeitung.

Hielscher's UP100H (100W) and UP400St (400W) for extraction of plant material.

Leistungsstarke Ultraschall-Homogenisatoren UP100H und UP400St

Hielscher Ultraschall-Homogenisatoren sind amplitudengesteuert. Dadurch wird die eingestellte Amplitude unter allen Betriebsbedingungen beibehalten. Dies macht die Ultraschalltechnik genau kontrollierbar und reproduzierbar. Die Beschallung unter identischen Prozessparametern führt zu konsistenten und reproduzierbaren Ergebnissen. Dies ist wichtig für die Qualität des produzierten Materials und für die Skalierung der Prozessergebnisse vom Labor auf die Produktionsebene.

Ultraschall-Homogenisatoren für Lyse & Zellaufschluss

Neben der Herstellung von Dispersionen und Emulsionen haben sich Ultraschall- Homogenisatoren in der Biotechnologie, der Zell- und Molekularbiologie sowie im Bereich Life Science für die Zelllyse und -fraktionierung, für die Extraktion intrazellulärer Verbindungen sowie die Scherung von DNA, RNA und Chromatin fest etabliert. Für die Probenvorbereitung von winzigen Volumina (0,1mL) bis hin zu sehr großen Volumina für industrielle Prozesse (z.B. Extraktion von bioaktiven Substanzen zur Herstellung von Nahrungsergänzungmitteln) stehen leistungsstarke Ultraschall- Homogenisatoren im Labor- und Industriemaßstab zur Verfügung.
Um Zellen oder Gewebe mit einem Ultraschall-Homogenisator aufzuschließen, wird eine isotonische Pufferlösung verwendet, um osmotische Schäden zu stoppen. Hielscher Ultraschall-Homogenisierer verfügen über einen Temperatursensor und eine Temperaturkontrolle, die es ermöglichen, die Proben in einem genau kontrollierten Temperaturbereich zu halten.

Ultraschall-Homogenisatoren für jede Größenordnung

Hielscher bietet Ultraschall-Homogenisatoren für den Einsatz im Labor- und Produktionsmaßstab an.Hielscher produziert Ultraschall-Homogenisatoren für die Homogenisierung von jedem beliebigem Probenvolumen für die Batch- oder Inline- Verarbeitung. Labor-Ultraschall-Homogenisatoren können für Volumina von 1,5mL bis ca. 2L verwendet werden. Industrielle Ultraschall-Homogenisatoren werden für die Prozessentwicklung und Verarbeitung von Batches von 0,5 bis ca. 2000L oder Durchflussraten von 0,1L bis 20m³ pro Stunde eingesetzt.

Die folgende Tabelle zeigt allgemeine Geräteempfehlungen in Abhängigkeit vom zu verarbeitenden Batch- oder Durchflussvolumen. Klicken Sie auf den Gerätetyp, um weitere Informationen zu den einzelnen Ultraschall-Homogenisatoren zu erhalten.

Batch-Volumen Durchfluss Empfohlenes Ultraschallgerät
0,5 bis 1,5 ml n.a. VialTweeter
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

Ultraschallhomogenisatoren für High Performance-Anwendungen

Hielscher Ultraschall-Homogenisatoren sind eine zuverlässige, leistungsstarke Methode zum Mischen und Homogenisieren. Ultraschall-Laborhomogenisatoren sind kompakt und ein zuverlässiges Werkzeug für das effiziente und schnelle Dispergieren und Emulgieren von kleinen und mittelgroßen Proben. Hielscher's industriellen Ultraschall-Homogenisatoren sind hochperformant und übertreffen traditionelle Homogenisierungstechniken wie Hochdruck-Homogenisierer oder Perlmühlen. Hielscher Industriehomogenisatoren können sehr große Amplituden liefern und sind damit besonders leistungsstark beim Mischen, Dispergieren und Mahlen. Amplituden von bis zu 200µm können problemlos im kontinuierlichen 24/7-Betrieb betrieben werden. Für noch höhere Amplituden sind kundenspezifische Ultraschallsonotroden erhältlich. Die Robustheit der Hielscher Ultraschallgeräte ermöglicht einen 24/7-Betrieb bei hoher Beanspruchung und in anspruchsvollen Umgebungen.
Unsere Kunden sind zufrieden mit der herausragenden Robustheit und Zuverlässigkeit von Hielscher Ultrasonics‘ Homogenisatoren. Die Installation der robusten Ultraschallhomogenisatoren in Bereichen mit hoher Beanspruchung, anspruchsvollen Umgebungen und 24/7-Betrieb ermöglicht einen reibungslose, effiziente und wirtschaftliche Verarbeitung. Die Intensivierung des Ultraschallprozesses verkürzt die Verarbeitungszeit und erzielt bessere Ergebnisse, d.h. höhere Qualität, höhere Ausbeuten und innovative Produkte.

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

Leistungsstarke Ultraschall-Homogenisatoren von Labor über Bench-top bis hin zum Industriell Maßstab.



Wissenswertes

Anwendungen von Ultraschall-Homogenisatoren

Das Anwendungsfeld, in dem Ultraschallhomogenisatoren erfolgreich eingesetzt werden, umfasst vielfältige Prozesse in verschiedenen Branchen. Zu den wichtigsten Anwendungen von Ultraschallgeräten gehören die Herstellung von Suspensionen, Dispersionen und Emulsionen, die Nassmahlung von Mikron- und Nanopartikeln, das Lösen von Pulvern und Tabletten, die Herstellung von Extrakten aus Pflanzenstoffen, die Zelllyse, die Extraktion und anschließende Scherung der DNA, RNA und Chromatin, die Proteinextraktion, die Verkapselung von APIs in Liposomen sowie sonochemische Reaktionen, bei denen leistungsstarke Ultraschallwellen eingesetzt werden, um Reaktionen einzuleiten und zu beschleunigen (Sonokatalyse, Sonosynthese), den Stoffaustausch zu erhöhen und Reaktionswege gezielt zu beeinflussen und zu wechseln.