Επεξεργασία με υπερήχους για υγρά, πολφούς και χημικές αντιδράσεις
Η κατεργασία με υπερήχους είναι μια μέθοδος μηχανικής επεξεργασίας που δημιουργεί ακουστική σπηλαίωση και εξαιρετικά έντονες φυσικές δυνάμεις. Γι’ αυτό, οι υπέρηχοι χρησιμοποιούνται σε πολυάριθμες εφαρμογές, όπως η ανάμειξη, η ομογενοποίηση, η άλεση, η διασπορά, η γαλακτωματοποίηση, η εκχύλιση, η απαέρωση και οι ηχοχημικές αντιδράσεις.
Βρείτε την εφαρμογή σας στον παρακάτω πίνακα, κάντε κλικ στον σύνδεσμο και μεταβείτε απευθείας στη διεργασία που σας ενδιαφέρει! Μάθετε πώς η κατεργασία με υπερήχους βελτιώνει τη διεργασία και την αποδοτικότητά της.
| Εφαρμογή | Ιδανική για |
|---|---|
| Ομογενοποίηση | Δημιουργία ομοιόμορφων αιωρημάτων, γαλακτωμάτων και υγρών μειγμάτων |
| Διασπορά και αποσυσσωμάτωση | Διάσπαση συσσωματωμάτων σωματιδίων και ομοιόμορφη κατανομή στερεών σε υγρά |
| Γαλακτωματοποίηση | Παραγωγή σταθερών μικρογαλακτωμάτων και νανογαλακτωμάτων με μικρά μεγέθη σταγονιδίων |
| Υγρή άλεση | Μείωση του μεγέθους σωματιδίων σε υγρά αιωρήματα σε μικρομετρική και νανομετρική κλίμακα |
| Κυτταρική αποσύνθεση και λύση | Κυτταρική διάρρηξη κυττάρων θηλαστικών, φυτών, βακτηρίων, φυκών και ζυμομυκήτων ως στάδιο προετοιμασίας δειγμάτων πριν από την ανάλυση. |
| Εκχύλιση | Ανάκτηση βιοδραστικών ενώσεων, ελαίων, πρωτεϊνών και φυσικών εκχυλισμάτων |
| Ηχοχημεία | Επιτάχυνση χημικών αντιδράσεων και βελτίωση της αποδοτικότητας των διεργασιών |
| Παραγωγή βιοντίζελ | Εντατικοποίηση της μετεστεροποίησης και μείωση των χρόνων αντίδρασης |
| Απαέρωση και αφραφρισμός | Απομάκρυνση διαλυμένων αερίων και εγκλωβισμένου αέρα από υγρά |
| Καθαρισμός συρμάτων και προφίλ εντός γραμμής | Καθαρισμός συρμάτων, καλωδίων, ταινιών, σωλήνων και προφίλ εντός γραμμής |
| Ακουστική σπηλαίωση | Κατανόηση της φυσικής αρχής στην οποία βασίζεται η επεξεργασία με υπερήχους |
Έχετε κατά νου κάποια συγκεκριμένη εφαρμογή ή όγκο;
Επικοινωνήστε με τους μηχανικούς εφαρμογών μας για δωρεάν συμβουλευτική σχετικά με τη διεργασία σας ή ζητήστε μια επίδειξη.
Το UIP1000hdT είναι μια ισχυρή συσκευή υπερήχων ισχύος 1000 watts για εφαρμογές ομογενοποίησης, άλεσης και εκχύλισης.
Ομογενοποίηση με υπερήχους
Οι ομογενοποιητές υπερήχων μειώνουν το μέγεθος των μικρών σωματιδίων σε ένα υγρό, ώστε να βελτιώσουν την ομοιομορφία και τη σταθερότητα της διασποράς. Τα σωματίδια (διεσπαρμένη φάση) μπορούν να είναι στερεά ή υγρά σταγονίδια που αιωρούνται σε μια υγρή φάση. Η ομογενοποίηση με υπερήχους είναι πολύ αποτελεσματική στη μείωση του μεγέθους μαλακών και σκληρών σωματιδίων. Η Hielscher κατασκευάζει συσκευές υπερήχων για την ομογενοποίηση οποιουδήποτε όγκου υγρού και για επεξεργασία κατά παρτίδες ή εντός γραμμής. Οι εργαστηριακές συσκευές υπερήχων μπορούν να χρησιμοποιηθούν για όγκους από 1,5mL έως περίπου 4L. Οι βιομηχανικές συσκευές υπερήχων μπορούν να επεξεργαστούν παρτίδες από 0,5 έως περίπου 2000L ή παροχές από 0,1L έως 20 κυβικά μέτρα ανά ώρα, κατά την ανάπτυξη διεργασιών και στην εμπορική παραγωγή.
Ανακαλύψτε τη δύναμη της ομογενοποίησης με υπερήχους!
Διασπορά και αποσυσσωμάτωση με υπερήχους
Η διασπορά και η αποσυσσωμάτωση στερεών σε υγρά αποτελούν σημαντική εφαρμογή των συσκευών υπερήχων με καθετήρα. Η υπερηχητική / ακουστική σπηλαίωση δημιουργεί υψηλές δυνάμεις διάτμησης που διασπούν τα συσσωματώματα σωματιδίων σε μεμονωμένα, ξεχωριστά διεσπαρμένα σωματίδια. Η ανάμειξη σκονών σε υγρά είναι ένα συνηθισμένο στάδιο στην παρασκευή διαφόρων προϊόντων, όπως χρώματα, βερνίκια, καλλυντικά προϊόντα, τρόφιμα και ποτά ή μέσα στίλβωσης. Τα μεμονωμένα σωματίδια συγκρατούνται μεταξύ τους με ελκτικές δυνάμεις ποικίλης φυσικής και χημικής φύσης, συμπεριλαμβανομένων των δυνάμεων van der Waals και της επιφανειακής τάσης του υγρού. Η κατεργασία με υπερήχους υπερνικά αυτές τις ελκτικές δυνάμεις, ώστε να αποσυσσωματώσει και να διασπείρει τα σωματίδια σε υγρά μέσα. Για τη διασπορά και την αποσυσσωμάτωση σκονών σε υγρά, η κατεργασία με υπερήχους υψηλής έντασης αποτελεί μια ενδιαφέρουσα εναλλακτική λύση έναντι των ομογενοποιητών υψηλής πίεσης, των αναμεικτήρων υψηλής διάτμησης, των μύλων σφαιριδίων ή των αναμεικτήρων ρότορα–στάτορα.
Βρείτε αναλυτικές πληροφορίες για τη διασπορά και την αποσυσσωμάτωση με υπερήχους!
Γαλακτωματοποίηση με υπερήχους
Ένα ευρύ φάσμα ενδιάμεσων και καταναλωτικών προϊόντων, όπως καλλυντικά και λοσιόν για το δέρμα, φαρμακευτικές αλοιφές, βερνίκια, χρώματα, λιπαντικά και καύσιμα, βασίζονται εξ ολοκλήρου ή εν μέρει σε γαλακτώματα. Τα γαλακτώματα είναι διασπορές δύο ή περισσότερων μη αναμίξιμων υγρών φάσεων. Οι υπέρηχοι πολύ υψηλής έντασης παρέχουν επαρκώς έντονη διάτμηση ώστε να διασπείρουν μια υγρή φάση (διεσπαρμένη φάση) σε μικρά σταγονίδια μέσα σε μια δεύτερη φάση (συνεχής φάση). Στη ζώνη διασποράς, οι φυσαλίδες σπηλαίωσης που καταρρέουν προκαλούν έντονα κρουστικά κύματα στο περιβάλλον υγρό και οδηγούν στον σχηματισμό υγρών πιδάκων υψηλής ταχύτητας (υψηλή διάτμηση). Η κατεργασία με υπερήχους μπορεί να προσαρμοστεί με ακρίβεια στο επιθυμητό μέγεθος σταγονιδίων του γαλακτώματος, επιτρέποντας έτσι την αξιόπιστη παραγωγή μικρογαλακτωμάτων και νανογαλακτωμάτων.
Κάντε κλικ εδώ για να διαβάσετε περισσότερα σχετικά με τη γαλακτωματοποίηση με υπερήχους!
Υγρή άλεση και λειοτρίβηση με υπερήχους
Η κατεργασία με υπερήχους είναι ένα αποτελεσματικό μέσο για την υγρή άλεση και τη μικρολειοτρίβηση σωματιδίων. Ειδικά για την παραγωγή πολφών με εξαιρετικά λεπτά σωματίδια, οι υπέρηχοι προσφέρουν πολλά πλεονεκτήματα. Υπερέχουν έναντι του παραδοσιακού εξοπλισμού μείωσης μεγέθους, όπως οι κολλοειδείς μύλοι (π.χ. σφαιρόμυλοι, μύλοι σφαιριδίων), οι δισκόμυλοι ή οι μύλοι εκτόξευσης. Η κατεργασία με υπερήχους μπορεί να επεξεργαστεί πολφούς υψηλής συγκέντρωσης και υψηλού ιξώδους – μειώνοντας έτσι τον όγκο προς επεξεργασία. Φυσικά, η άλεση με υπερήχους είναι κατάλληλη για την επεξεργασία υλικών μικρομετρικού και νανομετρικού μεγέθους, όπως κεραμικά, χρωστικές, θειικό βάριο, ανθρακικό ασβέστιο ή οξείδια μετάλλων. Ειδικά όσον αφορά τα νανοϋλικά, η κατεργασία με υπερήχους ξεχωρίζει για την απόδοσή της, καθώς οι ιδιαίτερα δραστικές δυνάμεις διάτμησης που ασκεί δημιουργούν ομοιόμορφα μικρά νανοσωματίδια.
Διαβάστε περισσότερα σχετικά με την υγρή άλεση και τη μικρολειοτρίβηση με υπερήχους!
Κυτταρική αποσύνθεση και λύση με υπερήχους
Η κατεργασία με υπερήχους μπορεί να αποσυνθέσει ινώδες, κυτταρινούχο υλικό σε λεπτά σωματίδια και να διαρρήξει τα τοιχώματα της κυτταρικής δομής. Έτσι απελευθερώνεται μεγαλύτερη ποσότητα ενδοκυτταρικού υλικού, όπως άμυλο ή σάκχαρα, στο υγρό. Αυτό το αποτέλεσμα μπορεί να αξιοποιηθεί στη ζύμωση, στην πέψη και σε άλλες διεργασίες μετατροπής οργανικής ύλης. Μετά την άλεση και τη λειοτρίβηση, η κατεργασία με υπερήχους καθιστά μεγαλύτερη ποσότητα ενδοκυτταρικού υλικού, π.χ. αμύλου, καθώς και θραυσμάτων των κυτταρικών τοιχωμάτων, διαθέσιμη στα ένζυμα που μετατρέπουν το άμυλο σε σάκχαρα. Αυξάνει επίσης την επιφάνεια που εκτίθεται στα ένζυμα κατά τη ρευστοποίηση ή τη σακχαροποίηση. Αυτό συνήθως αυξάνει την ταχύτητα και την απόδοση της ζύμωσης με ζυμομύκητες και άλλων διεργασιών μετατροπής, π.χ. για την ενίσχυση της παραγωγής αιθανόλης από βιομάζα.
Διαβάστε περισσότερα σχετικά με την αποσύνθεση κυτταρικών δομών με υπερήχους!
Εκχύλιση φυτικών ουσιών με υπερήχους
Η εκχύλιση βιοδραστικών ενώσεων που είναι αποθηκευμένες σε κύτταρα και υποκυτταρικά σωματίδια αποτελεί μια ευρέως διαδεδομένη εφαρμογή των υπερήχων υψηλής έντασης. Η εκχύλιση με υπερήχους χρησιμοποιείται για την απομόνωση δευτερογενών μεταβολιτών (π.χ. πολυφαινολών), πολυσακχαριτών, πρωτεϊνών, αιθέριων ελαίων και άλλων δραστικών συστατικών από την κυτταρική μήτρα φυτών και μυκήτων. Κατάλληλη για την εκχύλιση οργανικών ενώσεων με νερό και διαλύτες, η κατεργασία με υπερήχους βελτιώνει σημαντικά την απόδοση ανάκτησης των φυτικών ουσιών που περιέχονται σε φυτά ή σπόρους. Η εκχύλιση με υπερήχους χρησιμοποιείται για την παραγωγή φαρμακευτικών προϊόντων, διατροφοφαρμακευτικών προϊόντων / συμπληρωμάτων διατροφής, αρωματικών ουσιών και βιολογικών προσθέτων. Οι υπέρηχοι αποτελούν μια πράσινη τεχνική εκχύλισης που χρησιμοποιείται επίσης για την εκχύλιση βιοδραστικών συστατικών σε βιοδιυλιστήρια, π.χ. για την απελευθέρωση πολύτιμων ενώσεων από μη αξιοποιούμενα ρεύματα παραπροϊόντων που σχηματίζονται σε βιομηχανικές διεργασίες. Η κατεργασία με υπερήχους είναι μια εξαιρετικά αποτελεσματική τεχνολογία για την εκχύλιση φυτικών ουσιών σε εργαστηριακή και παραγωγική κλίμακα.
Ανακαλύψτε τα πλεονεκτήματα της εκχύλισης με υπερήχους!
Ηχοχημική εφαρμογή των υπερήχων
Η ηχοχημεία είναι η εφαρμογή υπερήχων σε χημικές αντιδράσεις και διεργασίες. Ο μηχανισμός που προκαλεί ηχοχημικές επιδράσεις στα υγρά είναι το φαινόμενο της ακουστικής σπηλαίωσης. Οι ηχοχημικές επιδράσεις στις χημικές αντιδράσεις και διεργασίες περιλαμβάνουν την αύξηση της ταχύτητας ή της απόδοσης της αντίδρασης, την αποδοτικότερη χρήση της ενέργειας, τη βελτίωση της απόδοσης των καταλυτών μεταφοράς φάσης, την ενεργοποίηση μετάλλων και στερεών ή την αύξηση της δραστικότητας αντιδραστηρίων ή καταλυτών.
Ανακαλύψτε τις ηχοχημικές επιδράσεις των υπερήχων!
Μετεστεροποίηση (απόβλητων) ελαίων σε βιοντίζελ με υπερήχους
Η κατεργασία με υπερήχους αυξάνει την ταχύτητα της χημικής αντίδρασης και την απόδοση της μετεστεροποίησης φυτικών ελαίων και ζωικών λιπών σε βιοντίζελ. Αυτό επιτρέπει τη μετάβαση της παραγωγής από την κατεργασία κατά παρτίδες στην κατεργασία συνεχούς ροής και μειώνει το επενδυτικό και λειτουργικό κόστος. Ένα από τα κύρια πλεονεκτήματα της παραγωγής βιοντίζελ με υπερήχους είναι η χρήση απόβλητων ελαίων, όπως χρησιμοποιημένων μαγειρικών ελαίων και άλλων πηγών ελαίων χαμηλής ποιότητας. Η μετεστεροποίηση με υπερήχους μπορεί να μετατρέψει ακόμη και πρώτες ύλες χαμηλής ποιότητας σε βιοντίζελ υψηλής ποιότητας (μεθυλεστέρες λιπαρών οξέων / FAME). Η παραγωγή βιοντίζελ από φυτικά έλαια ή ζωικά λίπη περιλαμβάνει τη μετεστεροποίηση λιπαρών οξέων με μεθανόλη ή αιθανόλη, με κατάλυση από βάση, ώστε να παραχθούν οι αντίστοιχοι μεθυλεστέρες ή αιθυλεστέρες. Η κατεργασία με υπερήχους μπορεί να επιτύχει απόδοση βιοντίζελ άνω του 99%. Οι υπέρηχοι μειώνουν σημαντικά τον χρόνο κατεργασίας και τον χρόνο διαχωρισμού.
Κάντε κλικ εδώ για να διαβάσετε περισσότερα σχετικά με τη μετεστεροποίηση ελαίων σε βιοντίζελ με τη βοήθεια υπερήχων!
Απομάκρυνση αερίων, αέρα και αφρού από υγρά με υπερήχους
Η απαερίωση υγρών είναι μια ακόμη σημαντική εφαρμογή των συσκευών υπερήχων τύπου ακίδας. Οι δονήσεις υπερήχων και η σπηλαίωση προκαλούν τη συνένωση των διαλυμένων αερίων σε ένα υγρό. Καθώς οι μικροσκοπικές φυσαλίδες αερίου συνενώνονται, σχηματίζουν μεγαλύτερες φυσαλίδες που ανέρχονται γρήγορα στην άνω επιφάνεια του υγρού, από όπου μπορούν να απομακρυνθούν. Έτσι, η απαερίωση και η απομάκρυνση αέρα με υπερήχους μπορούν να μειώσουν τη συγκέντρωση διαλυμένου αερίου κάτω από το επίπεδο φυσικής ισορροπίας.
Κάντε κλικ εδώ για να διαβάσετε περισσότερα σχετικά με την απαερίωση υγρών με υπερήχους!
Καθαρισμός συρμάτων, καλωδίων και λωρίδων με υπερήχους
Ο καθαρισμός με υπερήχους είναι μια φιλική προς το περιβάλλον εναλλακτική λύση για τον καθαρισμό συνεχών υλικών, όπως σύρματα και καλώδια, ταινίες ή σωλήνες. Η δράση της ισχυρής σπηλαίωσης υπερήχων απομακρύνει από την επιφάνεια του υλικού υπολείμματα λίπανσης, όπως λάδια ή γράσα, σαπούνια, στεατικά άλατα ή σκόνη. Η Hielscher Ultrasonics προσφέρει διάφορα συστήματα υπερήχων για τον καθαρισμό συνεχών προφίλ εντός της γραμμής παραγωγής.
Κάντε κλικ εδώ για περισσότερες πληροφορίες σχετικά με τον καθαρισμό συνεχών προφίλ με υπερήχους!
Επικοινωνήστε μαζί μας! / Ρωτήστε μας!
Τι καθιστά την κατεργασία με υπερήχους ανώτερη μέθοδο επεξεργασίας;
Η κατεργασία με υπερήχους, δηλαδή η χρήση ηχητικών κυμάτων υψηλής συχνότητας για την ανάδευση υγρών, είναι μια αποδοτική μέθοδος επεξεργασίας για διάφορους λόγους. Ακολουθούν ορισμένοι λόγοι για τους οποίους η κατεργασία με υπερήχους υψηλής έντασης και χαμηλής συχνότητας, περίπου 20kHz, είναι ιδιαίτερα αποτελεσματική και πλεονεκτική για την επεξεργασία υγρών και πολφών:
- Σπηλαίωση: Ένας από τους κύριους μηχανισμούς της κατεργασίας με υπερήχους είναι η δημιουργία και η κατάρρευση μικροσκοπικών φυσαλίδων, ένα φαινόμενο που ονομάζεται σπηλαίωση. Στα 20kHz, τα ηχητικά κύματα έχουν ακριβώς την κατάλληλη συχνότητα για την αποδοτική δημιουργία και κατάρρευση φυσαλίδων. Η κατάρρευση αυτών των φυσαλίδων παράγει κρουστικά κύματα υψηλής ενέργειας, τα οποία μπορούν να κατακερματίσουν σωματίδια και να προκαλέσουν κυτταρική διάρρηξη στο υγρό που υποβάλλεται σε κατεργασία με υπερήχους.
- Ταλάντωση και δόνηση: Εκτός από την παραγόμενη ακουστική σπηλαίωση, η ταλάντωση της ακίδας υπερήχων δημιουργεί πρόσθετη ανάδευση και ανάμιξη στο υγρό, προάγοντας έτσι τη μεταφορά μάζας ή/και την απαερίωση.
- Διείσδυση: Τα ηχητικά κύματα στα 20kHz έχουν σχετικά μεγάλο μήκος κύματος, γεγονός που τους επιτρέπει να διεισδύουν βαθιά στα υγρά. Η σπηλαίωση υπερήχων είναι ένα εντοπισμένο φαινόμενο που εμφανίζεται γύρω από την ακίδα υπερήχων. Όσο αυξάνεται η απόσταση από την ακίδα, η ένταση της σπηλαίωσης μειώνεται. Ωστόσο, η κατεργασία με υπερήχους στα 20kHz μπορεί να επεξεργαστεί αποτελεσματικά μεγαλύτερους όγκους υγρού σε σύγκριση με την κατεργασία με υπερήχους υψηλότερης συχνότητας, η οποία έχει μικρότερα μήκη κύματος και ενδέχεται να έχει πιο περιορισμένο βάθος διείσδυσης.
- Χαμηλή κατανάλωση ενέργειας: Η κατεργασία με υπερήχους μπορεί να πραγματοποιηθεί με σχετικά χαμηλή κατανάλωση ενέργειας σε σύγκριση με άλλες μεθόδους επεξεργασίας, όπως η ομογενοποίηση υψηλής πίεσης ή η μηχανική ανάδευση. Αυτό την καθιστά μια μέθοδο με μεγαλύτερη ενεργειακή αποδοτικότητα και καλύτερη σχέση κόστους και αποτελεσματικότητας για την επεξεργασία υγρών.
- Γραμμική κλιμάκωση: Οι διεργασίες υπερήχων μπορούν να κλιμακωθούν απολύτως γραμμικά σε μεγαλύτερους ή μικρότερους όγκους. Αυτό καθιστά αξιόπιστες τις προσαρμογές των διεργασιών στην παραγωγή, καθώς η ποιότητα του προϊόντος μπορεί να διατηρείται σταθερή σε συνεχή βάση.
- Επεξεργασία κατά παρτίδες και σε συνεχή ροή: Η κατεργασία με υπερήχους μπορεί να πραγματοποιηθεί κατά παρτίδες ή ως συνεχής διεργασία εντός γραμμής. Για την κατεργασία παρτίδων με υπερήχους, η ακίδα υπερήχων εισάγεται στο ανοικτό δοχείο ή στον κλειστό αντιδραστήρα παρτίδας. Για την κατεργασία ενός συνεχούς ρεύματος ροής με υπερήχους, εγκαθίσταται μια κυψελίδα ροής υπερήχων. Το υγρό μέσο διέρχεται από το ηχοτρόδιο (ράβδο που δονείται με υπερήχους) σε μία μόνο διέλευση ή με ανακυκλοφορία και εκτίθεται στα κύματα υπερήχων με εξαιρετικά ομοιόμορφο και αποτελεσματικό τρόπο.
Συνολικά, οι έντονες δυνάμεις της σπηλαίωσης, η χαμηλή κατανάλωση ενέργειας και η δυνατότητα κλιμάκωσης της διεργασίας καθιστούν την κατεργασία με υπερήχους χαμηλής συχνότητας και υψηλής ισχύος μια αποτελεσματική μέθοδο για την επεξεργασία υγρών.
Αρχή λειτουργίας και χρήση της επεξεργασίας με υπερήχους
Η κατεργασία με υπερήχους είναι μια εμπορικά εφαρμοζόμενη τεχνολογία επεξεργασίας, η οποία έχει υιοθετηθεί από πολυάριθμους βιομηχανικούς κλάδους για παραγωγή μεγάλης κλίμακας. Η υψηλή αξιοπιστία και η δυνατότητα κλιμάκωσης, καθώς και το χαμηλό κόστος συντήρησης και η υψηλή ενεργειακή αποδοτικότητα, καθιστούν τις συσκευές επεξεργασίας με υπερήχους μια καλή εναλλακτική επιλογή έναντι του παραδοσιακού εξοπλισμού επεξεργασίας υγρών. Οι υπέρηχοι προσφέρουν επιπλέον συναρπαστικές δυνατότητες: Η σπηλαίωση – το βασικό φαινόμενο των υπερήχων – παράγει μοναδικά αποτελέσματα σε βιολογικές, χημικές και φυσικές διεργασίες. Για παράδειγμα, η διασπορά και η γαλακτωματοποίηση με υπερήχους παράγουν εύκολα σταθερά σκευάσματα νανομετρικού μεγέθους. Επίσης, στον τομέα της εκχύλισης φυτικών υλών, οι υπέρηχοι αποτελούν μια μη θερμική τεχνική για την απομόνωση βιοδραστικών ενώσεων.
Η ανάμειξη με υπερήχους βασίζεται στην ακουστική σπηλαίωση και στις υδροδυναμικές δυνάμεις διάτμησης που αυτή δημιουργεί.
Ενώ οι υπέρηχοι χαμηλής έντασης ή υψηλής συχνότητας χρησιμοποιούνται κυρίως για ανάλυση, μη καταστροφικούς ελέγχους και απεικόνιση, οι υπέρηχοι υψηλής έντασης χρησιμοποιούνται για την επεξεργασία υγρών και παστών, όπου τα έντονα υπερηχητικά κύματα χρησιμοποιούνται για ανάμειξη, γαλακτωματοποίηση, διασπορά και αποσυσσωμάτωση, κυτταρική διάρρηξη ή απενεργοποίηση ενζύμων. Κατά την κατεργασία υγρών με υπερήχους υψηλής έντασης, τα ηχητικά κύματα διαδίδονται μέσα στα υγρά μέσα. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα εναλλασσόμενους κύκλους υψηλής πίεσης (συμπίεσης) και χαμηλής πίεσης (αραίωσης), με ρυθμούς που εξαρτώνται από τη συχνότητα. Κατά τον κύκλο χαμηλής πίεσης, τα υπερηχητικά κύματα υψηλής έντασης δημιουργούν μικρές φυσαλίδες κενού ή κοιλότητες στο υγρό. Όταν οι φυσαλίδες φτάσουν σε όγκο στον οποίο δεν μπορούν πλέον να απορροφήσουν ενέργεια, καταρρέουν βίαια κατά τη διάρκεια ενός κύκλου υψηλής πίεσης. Το φαινόμενο αυτό ονομάζεται σπηλαίωση. Κατά την ενδόρρηξη επιτυγχάνονται τοπικά πολύ υψηλές θερμοκρασίες (περίπου 5.000K) και πιέσεις (περίπου 2.000atm). Η ενδόρρηξη της φυσαλίδας σπηλαίωσης δημιουργεί επίσης πίδακες υγρού με ταχύτητα έως και 280 μέτρα ανά δευτερόλεπτο.
Η σπηλαίωση υπερήχων σε υγρά μπορεί να προκαλέσει ταχεία και πλήρη απαέρωση· να εκκινήσει διάφορες χημικές αντιδράσεις δημιουργώντας ελεύθερα χημικά ιόντα (ρίζες)· να επιταχύνει χημικές αντιδράσεις διευκολύνοντας την ανάμειξη των αντιδρώντων· να ενισχύσει αντιδράσεις πολυμερισμού και αποπολυμερισμού διασπείροντας συσσωματώματα ή διασπώντας μόνιμα χημικούς δεσμούς σε πολυμερικές αλυσίδες· να αυξήσει τους ρυθμούς γαλακτωματοποίησης· να βελτιώσει τους ρυθμούς διάχυσης· να παράγει γαλακτώματα υψηλής συγκέντρωσης ή ομοιόμορφες διασπορές υλικών μικρομετρικού ή νανομετρικού μεγέθους· να υποβοηθήσει την εκχύλιση ουσιών όπως ένζυμα από ζωικά, φυτικά ή βακτηριακά κύτταρα ή κύτταρα ζυμομυκήτων· να απομακρύνει ιούς από μολυσμένο ιστό· και, τέλος, να διαβρώσει και να διασπάσει ευπαθή σωματίδια, συμπεριλαμβανομένων των μικροοργανισμών. (βλ. Kuldiloke 2002)
Οι υπέρηχοι υψηλής έντασης προκαλούν βίαιη ανάδευση σε υγρά χαμηλού ιξώδους, η οποία μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη διασπορά υλικών σε υγρά. (βλ. Ensminger, 1988) Στις διεπιφάνειες υγρού/στερεού ή αερίου/στερεού, η ασύμμετρη ενδόρρηξη των φυσαλίδων σπηλαίωσης μπορεί να προκαλέσει ακραίες τυρβώδεις ροές που μειώνουν το οριακό στρώμα διάχυσης, αυξάνουν τη μεταφορά μάζας μέσω συναγωγής και επιταχύνουν σημαντικά τη διάχυση σε συστήματα όπου η συνήθης ανάμειξη δεν είναι εφικτή. (βλ. Nyborg, 1965)
Συχνές ερωτήσεις σχετικά με συσκευές υπερήχων για το εργαστήριο, τον εργαστηριακό πάγκο και τη βιομηχανία
Είναι οι επεξεργαστές υπερήχων της Hielscher σχεδιασμένοι για βαριές βιομηχανικές εφαρμογές;
Ναι. Οι βιομηχανικές συσκευές υπερήχων της Hielscher έχουν σχεδιαστεί ειδικά για συνεχή λειτουργία υπό υψηλό φορτίο σε βαριά βιομηχανικά περιβάλλοντα. Με ισχύ εξόδου από 500 watts έως 16 kilowatts ανά μονάδα, είναι κατασκευασμένες για να ανταποκρίνονται στις αυστηρές απαιτήσεις των διαδικασιών παραγωγής μεγάλης κλίμακας, τις οποίες δεν μπορούν να καλύψουν οι εργαστηριακές συσκευές.
Πόσο ανθεκτικές είναι οι συσκευές υπερήχων της Hielscher σε αντίξοες συνθήκες;
Οι συσκευές υπερήχων της Hielscher κατασκευάζονται για εξαιρετική ανθεκτικότητα. Κάθε επιμέρους εξάρτημα της σειράς UIP σχεδιάζεται και δοκιμάζεται σχολαστικά για μακροχρόνια απόδοση. Σε πραγματικές εγκαταστάσεις σε όλο τον κόσμο, τα συστήματα αυτά αντέχουν συστηματικά την εγκατάσταση σε εξωτερικούς χώρους, την έκθεση σε αέρα με σκόνη, σε ψεκαζόμενα υγρά και σε σκληρή μεταχείριση, χωρίς να υποβαθμίζεται η λειτουργικότητά τους.
Μπορεί κανείς να βασιστεί στον εξοπλισμό της Hielscher για συνεχή λειτουργία 24/7;
Απολύτως. Η αξιοπιστία αποτελεί βασικό πυλώνα του βιομηχανικού σχεδιασμού της Hielscher. Οι επεξεργαστές υπερήχων της κατασκευάζονται ειδικά για συνεχή λειτουργία σε απαιτητικά περιβάλλοντα, εξασφαλίζοντας σταθερή ποιότητα επεξεργασίας και ελάχιστο χρόνο διακοπής λειτουργίας για τη γραμμή παραγωγής σας. Αυτή η αξιοπιστία είναι κρίσιμη όταν οι όγκοι επεξεργασίας αυξάνονται και το λειτουργικό κόστος έχει σημασία.
Τι καθιστά τις συσκευές υπερήχων της Hielscher κατάλληλες για απαιτητικά βιομηχανικά περιβάλλοντα;
Οι συσκευές Hielscher διακρίνονται σε απαιτητικά περιβάλλοντα επειδή συνδυάζουν υψηλή ισχύ, στιβαρή κατασκευή και εξαιρετική ενεργειακή απόδοση. Οι βιομηχανικοί επεξεργαστές τους διατηρούν απόδοση άνω του 85%, γεγονός που όχι μόνο μειώνει το κόστος ηλεκτρικής ενέργειας αλλά εξασφαλίζει και σταθερή μηχανική ισχύ εξόδου υπό βαριά φορτία. Αυτό τους καθιστά ιδανικούς για απαιτητικές εφαρμογές επεξεργασίας υγρών, όπως η παραγωγή βιοντίζελ, η άλεση χρωστικών και η παρασκευή σκευασμάτων νανοϋλικών.
Προσφέρουν οι βιομηχανικές συσκευές υπερήχων Hielscher μεγάλη διάρκεια ζωής;
Ναι, η μεγάλη διάρκεια ζωής αποτελεί θεμελιώδη αρχή σχεδιασμού για τη Hielscher. Καθώς κάθε εξάρτημα υποβάλλεται σε αυστηρές δοκιμές για τη διατήρηση της απόδοσής του σε βάθος χρόνου, αυτά τα συστήματα κατασκευάζονται ώστε να αντέχουν για χρόνια συνεχούς χρήσης. Σε συνδυασμό με την υψηλή απόδοση ενεργειακής μετατροπής και τη στιβαρή ποιότητα κατασκευής τους, οι επεξεργαστές Hielscher παρέχουν αξιόπιστη απόδοση μεγάλης διάρκειας ακόμη και στα βιομηχανικά περιβάλλοντα με την εντατικότερη χρήση.
Πώς εξασφαλίζει η Hielscher την αξιοπιστία του εξοπλισμού κατά την αύξηση της κλίμακας από το εργαστήριο στην παραγωγή;
Η Hielscher ανταποκρίνεται στις ανάγκες κλιμάκωσης προσφέροντας συστοιχίες βιομηχανικών μονάδων που παρέχουν αυξημένο πλεονασμό και προσαρμοστικότητα της δυναμικότητας. Με την εγκατάσταση πολλαπλών επεξεργαστών υψηλής ισχύος (π.χ. συστοιχιών 6xUIP10000), οι εγκαταστάσεις μπορούν να διατηρούν αξιόπιστη, συνεχή λειτουργία κατά την επεξεργασία τεράστιων όγκων (έως 50 κυβικά μέτρα ανά ώρα), χωρίς να υπερφορτώνονται τα επιμέρους εξαρτήματα. Αυτή η αρθρωτή προσέγγιση, σχεδιασμένη για βαριά χρήση, εγγυάται τόσο την αξιοπιστία όσο και τη σταθερότητα της διεργασίας σε μεγάλη κλίμακα.
Βιβλιογραφία
- Seyed Mohammad Mohsen Modarres-Gheisari, Roghayeh Gavagsaz-Ghoachani, Massoud Malaki, Pedram Safarpour, Majid Zandi (2019): Ultrasonic nano-emulsification – A review. Ultrasonics Sonochemistry Vol. 52, 2019. 88-105.
- Suslick, Kenneth S.; Hyeon, Taeghwan; Fang, Mingming; Cichowlas, Andrzej A. (1995): Sonochemical synthesis of nanostructured catalysts. Materials Science and Engineering: A. Proceedings of the Symposium on Engineering of Nanostructured Materials. ScienceDirect 204 (1–2): 186–192.
- Brad W. Zeiger; Kenneth S. Suslick (2011): Sonofragmentation of Molecular Crystals. J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 37, 14530–14533.
- Petigny L., Périno-Issartier S., Wajsman J., Chemat F. (2013): Batch and Continuous Ultrasound Assisted Extraction of Boldo Leaves (Peumus boldus Mol.). International Journal of Molecular Science 14, 2013. 5750-5764.
- Ensminger, D. E. (1988): Acoustic and electroacoustic methods of dewatering and drying, in: Drying Tech. 6, 473 (1988).
- Kuldiloke, J. (2002): Effect of Ultrasound, Temperature and Pressure Treatments on Enzyme Activity an Quality Indicators of Fruit and Vegetable Juices; Ph.D. Thesis at Technische Universität Berlin (2002).
- Nyborg, W.L. (1965): Acoustic Streaming, Vol. 2B, Academic Press, New York (1965).
Η Hielscher Ultrasonics κατασκευάζει ομογενοποιητές υπερήχων υψηλής απόδοσης από εργαστηριακή έως βιομηχανική κλίμακα.



