Tecnologia ad ultrasuoni Hielscher

Ultrasuoni: Applicazioni e processi

L'ultrasonicazione è utilizzata in molte applicazioni, come l'omogeneizzazione, la disintegrazione, l'ecochimica, il degasaggio o la pulizia. Di seguito è riportata una panoramica sistematica delle varie applicazioni e processi ultrasonici.

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Omogeneizzazione ad ultrasuoni

Omogeneizzatore ad ultrasuoniI processori ad ultrasuoni sono utilizzati come omogeneizzatori, per ridurre le piccole particelle in un liquido per migliorare l'uniformità e la stabilità. Queste particelle (fase di dispersione) possono essere solide o liquide. L'omogeneizzazione ad ultrasuoni è molto efficace per la riduzione di particelle morbide e dure. Hielscher produce dispositivi ad ultrasuoni per l'omogeneizzazione di qualsiasi volume di liquido per la lavorazione a lotti o in linea. Gli apparecchi ad ultrasuoni da laboratorio possono essere utilizzati per volumi da 1,5 ml a circa 2 litri. I dispositivi industriali ad ultrasuoni sono utilizzati per lo sviluppo del processo e la produzione di lotti da 0,5 a circa 2000L o portate da 0,1L a 20m³ all'ora.

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Dispersione e deagglomerazione ad ultrasuoni

La dispersione ultrasonica e la deagglomerazione di particelle di polvere genera particelle singole disperse.La dispersione e la deagglomerazione di solidi in liquidi è un'importante applicazione dei dispositivi ad ultrasuoni. La cavitazione ultrasonica genera elevate forze di taglio che rompono gli agglomerati di particelle in singole particelle disperse. La miscelazione di polveri in liquidi è una fase comune nella formulazione di vari prodotti, come le vernici, Inchiostroshampoo, shampoo, bevande o mezzi di lucidatura. Le singole particelle sono tenute insieme da forze di attrazione di varia natura fisica e chimica, comprese le forze di van der Waals e la tensione superficiale del liquido. Le forze di attrazione devono essere superate per deagglomerare e disperdere le particelle in mezzi liquidi. Per la dispersione e la deagglomerazione di polveri nei liquidi, l'ultrasonicazione ad alta intensità è un'interessante alternativa agli omogeneizzatori ad alta pressione e ai miscelatori rotore-statore-statore-miscelatori.

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emulsionante ad ultrasuoni

L'ecografia è un mezzo efficace per l'emulsificazione.Un'ampia gamma di prodotti intermedi e di consumo, quali Cosmetici e lozioni per la pelle, unguenti farmaceutici, vernici, pitture e lubrificanti e combustibili sono basati interamente o in parte di emulsioni. Le emulsioni sono dispersioni di due o più liquidi immiscibili. Gli ultrasuoni ad alta intensità forniscono la potenza necessaria per disperdere una fase liquida (fase dispersa) in piccole gocce in una seconda fase (fase continua). Nella zona di dispersione, le bolle di cavitazione implodenti causano intense onde d'urto nel liquido circostante e provocano la formazione di getti di liquido ad alta velocità del liquido. A livelli appropriati di densità energetica, gli ultrasuoni possono raggiungere dimensioni medie delle gocce inferiori a 1 micron (microemulsione).

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Fresatura ad ultrasuoni a umido e macinazione

fresatura ad ultrasuoni di materiali solidiL'ultrasuoni è un mezzo efficiente per la macinazione a umido e la micro-macinazione delle particelle. In particolare per la produzione di fanghi superfini, gli ultrasuoni presentano molti vantaggi rispetto alle comuni attrezzature per la riduzione delle dimensioni, come: mulini a colloidi (ad esempio mulini a sfere, mulini a sfere, mulini a perle), mulini a dischi o mulini a getto. L'ultrasonicazione consente di trattare fanghi ad alta concentrazione e ad alta viscosità, riducendo così il volume da trattare. La fresatura ad ultrasuoni è adatta per la lavorazione di micron-size e nano-size materiali come ceramica, allumina triidrato, solfato di bario, carbonato di calcio e ossidi metallici.

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Disintegrazione cellulare ad ultrasuoni

estrazione ultrasonicamente assistita di composti da erbe utilizzando un processore ad ultrasuoni UP200SIl trattamento ad ultrasuoni può disintegrare materiale fibroso e cellulosico in particelle fini e rompere le pareti della struttura cellulare. Questo rilascia nel liquido una maggiore quantità di materiale intracellulare, come l'amido o lo zucchero. Inoltre, il materiale della parete cellulare si sta rompendo in piccoli detriti.

Questo effetto può essere utilizzato per la fermentazione, la digestione e altri processi di conversione della materia organica. Dopo la macinazione e la macinazione, l'ultrasonicazione mette a disposizione degli enzimi che trasformano l'amido in zuccheri una maggiore quantità di materiale intracellulare, ad esempio l'amido e i detriti della parete cellulare. Aumenta anche la superficie esposta agli enzimi durante la liquefazione o la saccarificazione. Questo aumenta tipicamente la velocità e la resa della fermentazione dei lieviti e di altri processi di conversione, ad esempio per aumentare la produzione di etanolo da biomassa.

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Estrazione di cellule ad ultrasuoni

L'estrazione di enzimi e proteine immagazzinati in cellule e particelle subcellulari è un'efficace applicazione di ultrasuoni ad alta intensità, in quanto l'estrazione di composti organici contenuti nel corpo delle piante e dei semi da un solvente può essere notevolmente migliorata. Gli ultrasuoni hanno un potenziale beneficio nell'estrazione e nell'isolamento di nuovi componenti potenzialmente bioattivi, ad esempio da flussi di sottoprodotti non utilizzati formatisi nei processi attuali.

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Applicazione geochimica degli ultrasuoni

cavitazione_2_p0200La geochimica è l'applicazione degli ultrasuoni alle reazioni e ai processi chimici. Il meccanismo che causa gli effetti sono-chimici nei liquidi è il fenomeno della cavitazione acustica. Gli effetti sono-chimici delle reazioni e dei processi chimici includono l'aumento della velocità di reazione e/o del rendimento, un uso più efficiente dell'energia, il miglioramento delle prestazioni dei catalizzatori a trasferimento di fase, l'attivazione di metalli e solidi oppure aumento della reattività dei reagenti o dei catalizzatori.

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Trasesterificazione ultrasonica del petrolio in biodiesel

L'ultrasonicazione aumenta la velocità di reazione chimica e la resa della transesterificazione di oli vegetali e grassi animali in biodiesel. Questo permette di cambiare la produzione dalla lavorazione a lotti alla lavorazione a flusso continuo e riduce gli investimenti e i costi operativi. La produzione di biodiesel a partire da oli vegetali o grassi animali, comporta la transesterificazione catalitica di acidi grassi con metanolo o etanolo per ottenere i corrispondenti esteri metilici o etil esteri. L'ultrasonicazione può raggiungere un rendimento del biodiesel superiore al 99%. Gli ultrasuoni riducono notevolmente il tempo di lavorazione e il tempo di separazione.

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Degasaggio ad ultrasuoni dei liquidi

Degasaggio ad ultrasuoni dell'olio con un processore ad ultrasuoni UP200S (200 Watt)Il degasaggio dei liquidi è un'interessante applicazione dei dispositivi a ultrasuoni. In questo caso l'ultrasuono rimuove dal liquido le piccole bolle di gas in sospensione e riduce il livello di gas disciolto al di sotto del livello di equilibrio naturale.

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Sonicazione di bottiglie e lattine per il rilevamento delle perdite

controllo bottiglieGli ultrasuoni sono utilizzati nelle macchine di imbottigliamento e riempimento per controllare la tenuta di lattine e bottiglie. Il rilascio istantaneo di anidride carbonica è l'effetto decisivo delle prove di tenuta ad ultrasuoni di contenitori riempiti con bevande gassate.

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Disinfezione continua di sistemi di acqua calda sanitaria

La gruenbeck GENO-break utilizza la tecnologia ad ultrasuoni Hielscher in combinazione con la luce UV-C per una disinfezione continua." name="gruenbeck_genobreakPer combattere il pericoloso batterio della legionella nei sistemi di acqua calda e garantire un ambiente di doccia più sicuro, il Azienda Gruenbeck ha sviluppato il sistema GENO-break® . Questo sistema utilizza la tecnologia ad ultrasuoni Hielscher in combinazione con la luce UV-C.

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Pulizia di fili, cavi e strisce per ultrasuoni

bobina di cavoLa pulizia ad ultrasuoni è un'alternativa ecologica per la pulizia di materiali continui, come fili e cavi, nastri o tubi. L'effetto della cavitazione generata dalla potenza ultrasonica rimuove i residui di lubrificazione come olio o grasso, saponi, stearati o polvere.

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Se il processo previsto non è elencato sopra, per favore fatecelo sapere. Abbiamo una serie di dispositivi a ultrasuoni personalizzati e soluzioni che possono soddisfare le vostre esigenze.









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Informazioni generali sull'elaborazione a ultrasuoni

Gli ultrasuoni si sono evoluti da una tecnologia emergente, nel corso degli ultimi dieci anni e si sono sviluppati in una tecnologia di elaborazione completamente commerciale. Elevata affidabilità e scalabilità, nonché bassi costi di manutenzione e di manutenzione e alta efficienza energetica rendono gli ultrasuoni un concorrente promettente per le affermate apparecchiature per il trattamento dei liquidi. Gli ultrasuoni offrono ulteriori ed entusiasmanti opportunità: La cavitazione - l'effetto ultrasonico di base - permette di ottenere nuovi risultati nei processi biologici, chimici e fisici.

Mentre gli ultrasuoni a bassa intensità o ad alta frequenza sono utilizzati principalmente per l'analisi, i controlli non distruttivi e l'imaging, gli ultrasuoni ad alta intensità sono utilizzati per il trattamento di liquidi quali Miscelazione, la emulsione, la dispersione e Deagglomerato, disintegrazione delle cellule di disattivazione degli enzimi. Nel caso di liquidi sonori ad alta intensità, le onde sonore che si propagano nel liquido si traducono in cicli alternati di alta (compressione) e bassa pressione (rarefazione), con frequenze variabili a seconda della frequenza. Durante il ciclo a bassa pressione, onde ultrasoniche ad alta intensità creano piccole bolle di vuoto o vuoti nel liquido. Quando le bolle raggiungono un volume al quale non possono più assorbire energia, collassano violentemente durante un ciclo ad alta pressione. Questo fenomeno è chiamato cavitazione. Durante l'implosione si raggiungono localmente temperature (ca. 5.000K) e pressioni (ca. 2.000atm) molto elevate. L'implosione della bolla di cavitazione produce anche getti di liquido fino a 280m/s di velocità.

In generale, la cavitazione nei liquidi può causare degasaggio rapido e completo: avviare varie reazioni chimiche generando ioni chimici liberi (radicali); Accelerare le reazioni chimiche facilitando la miscelazione dei reagenti; migliorare la polimerizzazione e le reazioni di depolimerizzazione da temporaneamente dispersione degli aggregati o rompendo permanentemente i legami chimici in catene polimeriche; aumentare l'emulsificazione migliorare i tassi di diffusione; produrre emulsioni altamente concentrate oppure dispersioni uniformi di micron-size o materiali di nano-size; assisterà il estrazione di sostanze quali enzimi da cellule animali, vegetali, di lieviti o batteriche; rimuovere i virus dai tessuti infettie, infine, erodere e decomporre le particelle sensibili, compresi i microrganismi. (Kuldiloke 2002)

Gli ultrasuoni ad alta intensità producono una violenta agitazione in liquidi a bassa viscosità, che possono essere utilizzati per disperdersi. (Ensminger, 1988) Nelle interfacce liquido/solido o gas/solido, l'implosione asimmetrica delle bolle di cavitazione può causare turbolenze estreme che riducono lo strato limite di diffusione, aumentano il trasferimento di massa per convezione e accelerano notevolmente la diffusione in sistemi in cui non è possibile una miscelazione ordinaria. (Nyborg, 1965)

Letteratura

Ensminger, D. E. (1988): Metodi acustici ed elettroacustici di disidratazione ed essiccazione, in: Tecniche di asciugatura. 6, 473 (1988).

Kuldiloke, J. (2002): Effetto dei trattamenti ad ultrasuoni, temperatura e pressione sull'attività enzimatica e indicatori di qualità dei succhi di frutta e verdura.Tesi di dottorato presso la Technische Universität Berlin (2002).

Nyborg, W.L. (1965): Acoustic Streaming, Vol. 2B, Academic Press, New York (1965).