Ultraschall-Hochschermischer für den Chargenbetrieb im Labor- und Produktionsmaßstab
Benetzung, Hydratation, Homogenisierung, Zerkleinerung, Dispergierung, Emulgierung und Auflösung sind typische Anwendungen der Ultraschall-Hochschermischer für den Chargenbetrieb von Hielscher. Das Mischen von Chargen mit Ultraschall erfolgt mit hoher Geschwindigkeit und liefert zuverlässige, reproduzierbare Ergebnisse für hervorragende Prozessergebnisse im Labor, im Technikumsmaßstab und in der kommerziellen Produktion. Die vielseitigen Chargenhomogenisatoren von Hielscher ermöglichen Ihnen das schnelle Mischen gleichmäßiger Feststoff-Flüssigkeits- und Flüssigkeits-Flüssigkeits-Gemische für höchste Produktqualität.
Schnelles Mischen von Chargen mit Ultraschall: Prozessintensivierung durch hohe Scherkräfte
- Schnelle Dispergierung: Sofortige Deagglomeration von Submikron- und Nanomaterialien.
- Vielseitige Verarbeitung: Ideal für hohe Viskositäten, Pasten und abrasive Materialien.
- Lineare Maßstabsvergrößerung: Vollständig reproduzierbare Ergebnisse vom Labor bis zur Produktion im vollen Maßstab.
- Energieeffizient: Geringerer Energieverbrauch als konkurrierende Technologien.
Schnelles Mischen von Chargen mit hohen Ultraschall-Scherkräften
Das Mischen von Chargen mit Ultraschall unter hohen Scherkräften stellt gegenüber herkömmlichen Technologien wie Rotor-Stator-Mischern, Strahlmischern und UltraTurrax-Systemen einen erheblichen Fortschritt dar und bietet eine überlegene Prozesseffizienz und Produktqualität. Während herkömmliche Verfahren auf mechanischer Scherung beruhen, nutzen Ultraschallmischer energiereiche Schallwellen, um akustische Kavitation hervorzurufen. Dadurch entsteht eine einzigartige Mikromischumgebung, die durch extreme lokale Bedingungen geprägt ist. Dieses Phänomen erzeugt Stoßwellen und Flüssigkeitsstrahlen mit hohen Geschwindigkeiten von bis zu 280 m/s. Sie bewirken die intensive Bewegung auf mikroskopischer Ebene, die für die schnelle Benetzung von Pulvern, die sofortige Deagglomeration von Submikron- und Nanopartikeln sowie die Herstellung vollkommen homogener Emulsionen erforderlich ist.
Neben diesen Vorteilen beim Mikromischen sind Ultraschallsysteme deutlich energieeffizienter, verarbeiten abrasive Materialien problemlos und ermöglichen eine schnelle, zerstörungsfreie Reinigung (CIP/SIP). Damit sind sie die ideale Wahl für anspruchsvolle industrielle Anwendungen.
Jede Mischung ist einzigartig. Teilen Sie uns Ihre Materialeigenschaften, die angestrebte Partikelgröße, den Durchsatz und die aktuellen Herausforderungen bei der Verarbeitung mit. Unsere Anwendungsingenieure analysieren Ihre Anforderungen und empfehlen die optimale Konfiguration eines Ultraschall-Hochschermischers für den Chargenbetrieb in Ihrem spezifischen Prozess.
Industrielles Ultraschallgerät UIP2000hdT in einen Edelstahl-Chargenreaktor integriert
Für wen eignet sich das Mischen von Chargen mit Ultraschall unter hohen Scherkräften?
Das Mischen von Chargen mit Ultraschall unter hohen Scherkräften ist ideal für Hersteller, Formulierungsentwickler sowie Forschungs- und Entwicklungsteams in Branchen, in denen Präzision, gleichbleibende Ergebnisse und schnelle Dispergierung unverzichtbar sind. Besonders wertvoll ist es für Unternehmen, die Nano- und Submikronmaterialien, hochviskose Pasten, abrasive Suspensionen oder komplexe Feststoff-Flüssigkeits- und Flüssigkeits-Flüssigkeits-Formulierungen verarbeiten. Branchen wie Kosmetik, Pharma, moderne Werkstoffe, Lebensmittel und Getränke, Farben und Beschichtungen, Spezialchemikalien und Nanotechnologie setzen auf diese Technologie, um eine sofortige Pulverbenetzung, gleichmäßige Emulsionen und eine gleichbleibende Partikelgrößenreduzierung ohne thermischen Abbau zu erzielen. Wenn Ihr Prozess reproduzierbare Ergebnisse, eine vollständig lineare Maßstabsvergrößerung vom Labor bis zur Produktion und einen geringeren Energieverbrauch gegenüber herkömmlichen Rotor-Stator-Systemen erfordert, ist das Mischen von Chargen mit Ultraschall unter hohen Scherkräften darauf ausgelegt, Ihre genauen Spezifikationen zu erfüllen.
Akustische Kavitation – Das Wirkprinzip von Ultraschall-Scherkräften und Mischen
Wenn energiereiche Ultraschallwellen in Flüssigkeiten und Suspensionen eingekoppelt werden, erzeugen abwechselnde Hochdruck- und Niederdruckzyklen (z. B. 20.000 Zyklen pro Sekunde bei 20kHz) Vakuumblasen oder Hohlräume in der Flüssigkeit. Diese Blasen wachsen über mehrere Zyklen hinweg, bis sie heftig kollabieren, da sie keine weitere Energie aufnehmen können. Während der Blasenimplosion entstehen lokal extreme Bedingungen: Temperaturen von bis zu 5.000K, Drücke von bis zu 2.000atm und Flüssigkeitsstrahlen mit Geschwindigkeiten von bis zu 280m/s. Dieses Phänomen wird als Kavitation bezeichnet. Ultraschallkavitation wird erfolgreich für vielfältige Misch-, Mahl- und Zerkleinerungsanwendungen eingesetzt, z. B. zur Verarbeitung von Kolloiden, Pulvern, Flüssigkeiten, Ölen, Fetten, Harzen, Epoxidharzen, Pigmentpasten, Druckfarben, Lacken, Silikonen, Cremes, Gelen, Polymeren, Urethanen und vielem mehr.
Das Mischen mit Ultraschall beruht auf akustischer Kavitation und ihren hydrodynamischen Scherkräften.
Warum Ultraschall? – Für vollständige Prozesskontrolle
Das Mischen mit Ultraschall ermöglicht Ihnen die präzise Steuerung aller wichtigen Prozessparameter. Dies ist entscheidend, um optimale Prozessergebnisse bei höchster Betriebseffizienz zu erzielen.
- Ultraschallamplitude:
- Druck:
- Beschallungsdauer:
- Temperatur:
- Viskosität:
Die Auslenkung der horizontalen Flächen an der Sonotrode (Ultraschallhorn) lässt sich durch die Leistungseinstellung des Ultraschallgeräts, die Auswahl der Sonotrode und den Einsatz eines Boosterhorns an die Prozessanforderungen anpassen.
Die Anwendung von Druck während der Ultraschallbehandlung wirkt prozessintensivierend und wird als Manosonikation (MS) bezeichnet. Die Ultraschallkavitation wird bei erhöhtem Druck intensiver und heftiger. Daher bietet Hielscher geschlossene Chargenreaktoren an, die mit Druck beaufschlagt werden können.
Grundsätzlich gilt: Je länger die Beschallungsdauer, desto weiter schreitet der Prozess voran, z. B. die Größenreduzierung, Dispergierung usw. – vorausgesetzt, die eingesetzte Intensität reicht aus, um auf das Prozessmedium einzuwirken.
Die Ultraschallbehandlung ist ein nichtthermisches, mechanisches Verarbeitungsverfahren. Aufgrund der Gesetze der Thermodynamik wird Energie, die in Materie eingekoppelt wird, jedoch letztlich immer in Wärme umgewandelt. Die hervorragende Energieeffizienz der Ultraschallgeräte von Hielscher gewährleistet allerdings, dass bis zu 90% der aus der Steckdose bezogenen Energie in Ultraschallwellen umgewandelt und in das Prozessmedium eingekoppelt werden.
Die Viskosität des Prozessmediums ist ein wichtiger Faktor bei der Ultraschallverarbeitung. Bei Anwendungen wie Partikelgrößenreduzierung, Mahlen und Dispergierung gehören die durch Kavitationsstoßwellen verursachten Kollisionen zwischen Partikeln zu den wesentlichen Prozesseffekten, die zum Partikelbruch führen. Ein hoher Partikelgehalt ist dabei vorteilhaft.
Ultraschall-Chargenverarbeitung mit dem Ultraschallgerät UP400S
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Um die optimalen Prozessbedingungen zu bestimmen (= bestes Ergebnis bei minimalem erforderlichem Energieeintrag), müssen die oben genannten Parameter entsprechend dem angestrebten Prozessziel festgelegt werden.
Machbarkeitsprüfungen und Prozessoptimierung lassen sich problemlos im Labor- und Technikumsmaßstab durchführen. Alle erzielten Ergebnisse können exakt reproduziert und linear auf den Produktionsmaßstab übertragen werden. Hielscher Ultrasonics bietet Ihnen professionelle Beratung und ein vollständig ausgestattetes Prozesslabor, in dem wir den Prozess gemeinsam mit Ihnen oder für Sie optimieren können!
Hielscher ist Ihr Experte für Ultraschall-Prozesslösungen. Kontaktieren Sie uns noch heute. Wir empfehlen Ihnen gerne das passende Gerät für Ihre Anwendungsanforderungen!
Industrielles Ultraschall-Chargensystem zum Dispergieren und Mahlen von Farbmitteln und Pigmenten.
- äußerst gleichmäßige Dispergierung
- zuverlässige Verarbeitung von Nanomaterialien
- Verarbeitung abrasiver Materialien
- hohe Viskositäten (Pasten, hohe Partikelgehalte)
- Zeitersparnis von bis zu 90%
- vollständige Prozesskontrolle
- vollständig lineare Maßstabsvergrößerung
- vollständige Reproduzierbarkeit
- geeignet für wässrige Formulierungen und Lösungsmittel
Häufig gestellte Fragen zum Mischen von Chargen mit Ultraschall unter hohen Scherkräften
Was sind die wichtigsten Anwendungen von Ultraschall-Hochgeschwindigkeitsmischern für den Chargenbetrieb?
Ultraschall-Hochgeschwindigkeitsmischer für den Chargenbetrieb sind vielseitige Geräte für Benetzung, Hydratation, Homogenisierung, Zerkleinerung, Dispergierung, Emulgierung und Auflösung. Sie eignen sich besonders gut zum Einarbeiten von Feststoffen, zur Herstellung homogener Dispersionen, zur Deagglomeration, zur Partikelgrößenreduzierung und zum schnellen Mischen von Feststoff-Flüssigkeits- und Flüssigkeits-Flüssigkeits-Gemischen.
Wie funktioniert Ultraschallkavitation beim Mischen von Chargen?
Bei der Ultraschallkavitation werden energiereiche Ultraschallwellen in Flüssigkeiten eingekoppelt, wodurch abwechselnde Hochdruck- und Niederdruckzyklen entstehen. Dabei bilden sich Vakuumblasen, die wachsen und heftig kollabieren. Dies erzeugt lokal extreme Bedingungen wie Temperaturen von bis zu 5.000K, Drücke von bis zu 2.000 atm und Flüssigkeitsstrahlen mit Geschwindigkeiten von bis zu 280 m/s. Diese starken Kräfte ermöglichen effektives Mischen, Mahlen und Zerkleinern.
Was sind die wichtigsten Vorteile der Ultraschall-Chargenmischer von Hielscher?
Zu den wichtigsten Vorteilen zählen eine äußerst gleichmäßige Dispergierung, die Möglichkeit zur Verarbeitung von Nanopartikeln sowie die Fähigkeit, abrasive Materialien und Medien mit hohen Viskositäten (wie Pasten und Medien mit hohen Partikelgehalten) zu verarbeiten. Darüber hinaus bieten diese Mischer eine Zeitersparnis von bis zu 90%, vollständige Prozesskontrolle, eine vollständig lineare Maßstabsvergrößerung und vollständige Reproduzierbarkeit.
Welche Materialien lassen sich mit Ultraschall-Chargenmischern verarbeiten?
Ultraschallkavitation wird erfolgreich zur Verarbeitung einer Vielzahl von Stoffen eingesetzt, darunter Kolloide, Pulver, Flüssigkeiten, Öle, Fette, Harze, Epoxidharze, Pigmentpasten, Druckfarben, Lacke, Silikone, Cremes, Gele, Polymere und Urethane.
Wie wird die Prozesskontrolle beim Mischen von Chargen mit Ultraschall erreicht?
Die Prozesskontrolle wird durch die präzise Einstellung von Parametern wie Amplitude, Druck (Manosonikation), Beschallungsdauer, Temperatur und Viskosität erreicht. Die Ultraschallgeräte von Hielscher sind äußerst energieeffizient und wandeln etwa 95% der Energie in Ultraschallwellen um, um optimale Ergebnisse bei minimalem Energieeintrag zu gewährleisten.
Lassen sich Prozesse zum Mischen von Chargen mit Ultraschall vom Labor auf die industrielle Produktion übertragen?
Ja, Hielscher bietet vollständige Prozesskontrolle und eine vollständig lineare Maßstabsvergrößerung. Dadurch lassen sich die im Labor- und Technikumsmaßstab erzielten Ergebnisse exakt reproduzieren und auf den Produktionsmaßstab übertragen. Darüber hinaus ermöglicht die Ultraschallbehandlung einen einfachen und zuverlässigen Übergang von der Chargen- zur Inline-Verarbeitung.
Literatur / Referenzen
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