Ultrasuoni: Applicazioni e processi

L'ultrasonicazione è un metodo di lavorazione meccanica che crea una cavitazione acustica straordinariamente intensa e forze fisiche correlate, come forze di taglio elevate e differenziali di pressione elevati. Queste forze generate dagli ultrasuoni sono utilizzate per numerose applicazioni come la miscelazione, l'omogeneizzazione, la macinazione, la dispersione, l'emulsione, l'estrazione e le reazioni sonochimiche.
Di seguito, troverete una selezione delle applicazioni e dei processi ultrasonici più tipici.

Omogeneizzazione ad ultrasuoni

UP400St Omogeneizzatore a ultrasuoni 400 watt per la sonicazione di becher e batch.Gli omogeneizzatori a ultrasuoni riducono le piccole particelle in un liquido per migliorare l'uniformità e la stabilità della dispersione. Le particelle (fase dispersa) possono essere solidi o goccioline liquide sospese in una fase liquida. L'omogeneizzazione a ultrasuoni è molto efficiente per la riduzione di particelle morbide e dure. Hielscher produce apparecchi a ultrasuoni per l'omogeneizzazione di qualsiasi volume di liquido e per il trattamento in batch o in linea. I dispositivi a ultrasuoni da laboratorio possono essere utilizzati per volumi da 1,5mL a circa 4L. I dispositivi industriali a ultrasuoni possono trattare lotti da 0,5 a circa 2000 litri o portate da 0,1 litri a 20 metri cubi all'ora nello sviluppo dei processi e nella produzione commerciale.
Clicca qui per saperne di più sull'omogeneizzazione ad ultrasuoni!

Dispersione e deagglomerazione ad ultrasuoni

L'ultrasuonoterapia disgrega le particelle solide attraverso la cavitazione acustica.La dispersione e la deagglomerazione di solidi nei liquidi è un'importante applicazione degli ultrasuoni a sonda. La cavitazione ultrasonica/acustica 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 pitture, vernici, prodotti cosmetici, alimenti e bevande o mezzi di lucidatura. Le singole particelle sono tenute insieme da forze di attrazione di varia natura fisica e chimica, tra cui la forza di van-der-Waals e la tensione superficiale dei liquidi. Gli ultrasuoni superano queste forze di attrazione per deagglomerare e disperdere le particelle nei mezzi liquidi. Per la dispersione e la deagglomerazione delle polveri nei liquidi, gli ultrasuoni ad alta intensità rappresentano un'interessante alternativa agli omogeneizzatori ad alta pressione, ai miscelatori ad alto taglio, ai mulini a perle o ai miscelatori rotore-statore.
Clicca qui per saperne di più sulla dispersione ultrasonica e sul deagglomerato!

Il video dimostra la dispersione ad ultrasuoni di colore rosso utilizzando la UP400St con una sonda S24d 22mm.

Dispersione ultrasonica del colore rosso con UP400St

Emulsificazione ad ultrasuoni

L'ultrasuonizzazione è un metodo molto efficace per la produzione di nanoemulsioni.Un'ampia gamma di prodotti intermedi e di consumo, come cosmetici e lozioni per la pelle, unguenti farmaceutici, vernici, pitture e lubrificanti e carburanti, sono basati in tutto o in parte su emulsioni. Le emulsioni sono dispersioni di due o più fasi liquide immiscibili. Gli ultrasuoni ad alta intensità forniscono un taglio sufficientemente intenso per disperdere una fase liquida (fase dispersa) in piccole gocce in una seconda fase (fase continua). Nella zona di dispersione, l'implosione delle bolle di cavitazione provoca intense onde d'urto nel liquido circostante e determina la formazione di getti di liquido ad alta velocità (high shear). L'ultrasuonizzazione può essere adattata con precisione alle dimensioni dell'emulsione target, consentendo così la produzione affidabile di micro-emulsioni e nano-emulsioni.
Clicca qui per saperne di più sull'emulsificazione ad ultrasuoni!

Omogeneizzatore a ultrasuoni UIP1000hdT per miscelare, disperdere, emulsionare ed estrarre.

La UIP1000hdT è un potente ultrasuonatore da 1000 watt per applicazioni di omogeneizzazione, macinazione ed estrazione.

Richiesta informazioni





Fresatura ad ultrasuoni a umido e macinazione

L'ultrasuono è un mezzo efficace per la macinazione a umido e la micro-macinazione di particelle. In particolare, per la produzione di impasti di dimensioni superfini, gli ultrasuoni presentano numerosi vantaggi. È superiore alle apparecchiature tradizionali per la riduzione delle dimensioni, come i mulini a colloide (ad esempio mulini a sfere, mulini a perline), i mulini a disco o i mulini a getto. L'ultrasonicazione può trattare impasti ad alta concentrazione e ad alta viscosità, riducendo così il volume da trattare. Naturalmente, la macinazione a ultrasuoni è adatta alla lavorazione di materiali di dimensioni micron e nano, come ceramiche, pigmenti, solfato di bario, carbonato di calcio o ossidi metallici. Soprattutto quando si tratta di nano-materiali, l'ultrasuonoterapia eccelle in termini di prestazioni, poiché le sue forze di taglio altamente impattanti creano nanoparticelle uniformemente piccole.
Clicca qui per saperne di più sulla fresatura ad ultrasuoni ad umido e sulla micro-macinazione!

Le particelle di biossido di titanio TiO2 dopo la macinazione a ultrasuoni mostrano un diametro drasticamente ridotto e una stretta distribuzione dimensionale.

TiO2 essiccato a spruzzo prima e dopo la macinazione a ultrasuoni

Disintegrazione e lisi cellulare a ultrasuoni

estrazione ultrasonicamente assistita di composti da erbe utilizzando un processore ad ultrasuoni UP200SIl trattamento a ultrasuoni può disintegrare il materiale fibroso e cellulosico in particelle fini e rompere le pareti della struttura cellulare. Questo rilascia più materiale intracellulare, come amido o zucchero, nel liquido. Questo effetto può essere usato per la fermentazione, la digestione e altri processi di conversione della materia organica. Dopo la macinazione e la frantumazione, l'ultrasuonazione rende più materiale intracellulare, come l'amido, e i detriti della parete cellulare disponibili per gli enzimi che convertono l'amido in zuccheri. Aumenta anche la superficie esposta agli enzimi durante la liquefazione o la saccarificazione. Questo tipicamente aumenta la velocità e la resa della fermentazione del lievito e di altri processi di conversione, ad esempio per aumentare la produzione di etanolo dalla biomassa.
Clicca qui per saperne di più sulla disintegrazione ultrasonica delle strutture cellulari!

estrazione ad ultrasuoni di prodotti botanici

L'estrazione di composti bioattivi immagazzinati in cellule e particelle subcellulari è un'applicazione molto diffusa degli ultrasuoni ad alta intensità. L'estrazione a ultrasuoni viene utilizzata per isolare metaboliti secondari (ad esempio, polifenoli), polisaccaridi, proteine, oli essenziali e altri principi attivi dalla matrice cellulare di piante e funghi. Adatta per l'estrazione in acqua e con solventi di composti organici, la sonicazione migliora notevolmente la resa delle sostanze botaniche contenute nelle piante o nei semi. L'estrazione a ultrasuoni viene utilizzata per la produzione di prodotti farmaceutici, nutraceutici / integratori alimentari, profumi e additivi biologici. Gli ultrasuoni sono una tecnica di estrazione verde utilizzata anche per l'estrazione di componenti bioattivi nelle bioraffinerie, ad esempio per liberare composti preziosi da flussi di sottoprodotti non utilizzati che si formano nei processi industriali. L'ultrasuonoterapia è una tecnologia altamente efficace per l'estrazione botanica su scala di laboratorio e di produzione.
Cliccate qui per maggiori informazioni sull'estrazione a ultrasuoni!

L'estrazione botanica a ultrasuoni offre rese più elevate. L'omogeneizzatore Hielscher UIP2000hdT, da 2000 watt, è sufficientemente potente per estrarre facilmente lotti da 10 litri a 120 litri.

Estrazione a ultrasuoni di prodotti botanici - Lotto da 30 litri / 8 galloni

È noto che gli ultrasuoni migliorano le reazioni di transesterificazione, producendo, ad esempio, esteri metilici e polioli più elevati. Hielscher Ultrasonics produce sonde e reattori industriali a ultrasuoni per alte produzioni.

Reattore a ultrasuoni da 16.000 watt per il trattamento dei liquidi a ultrasuoni.

Applicazione geochimica degli ultrasuoni

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

Trasesterificazione ultrasonica del petrolio in biodiesel

Gli ultrasuoni aumentano la velocità della reazione chimica e la resa della transesterificazione di oli vegetali e grassi animali in biodiesel. Ciò consente di passare da una produzione a lotti a una a flusso continuo e di ridurre i costi di investimento e operativi. Uno dei principali vantaggi della produzione di biodiesel a ultrasuoni è l'utilizzo di oli di scarto come gli oli da cucina esausti e altre fonti di olio di scarsa qualità. La transesterificazione a ultrasuoni può convertire anche materie prime di bassa qualità in biodiesel di alta qualità (estere metilico degli acidi grassi / FAME). La produzione di biodiesel da oli vegetali o grassi animali prevede la transesterificazione catalizzata dalla base degli acidi grassi con metanolo o etanolo per ottenere i corrispondenti esteri metilici o etilici. Con gli ultrasuoni si può ottenere una resa di biodiesel superiore al 99%. Gli ultrasuoni riducono notevolmente i tempi di lavorazione e di separazione.
Clicca qui per saperne di più sulla transesterificazione ultrasonicamente assistita del petrolio in biodiesel!

Degassificazione e disaerazione dei liquidi con ultrasuoni

La degassificazione dei liquidi è un'altra importante applicazione degli ultrasuoni a sonda. Le vibrazioni ultrasoniche e la cavitazione provocano la coalescenza dei gas disciolti in un liquido. Quando le minuscole bolle di gas si coalizzano, formano bolle più grandi che galleggiano rapidamente sulla superficie superiore del liquido, da dove possono essere rimosse. In questo modo, la degassificazione e la disaerazione a ultrasuoni possono ridurre il livello di gas disciolti al di sotto del livello di equilibrio naturale.
Clicca qui per saperne di più sul degasaggio a ultrasuoni dei liquidi!

Questo video dimostra l'efficiente degassificazione di olio viscoso (40cP). Gli ultrasuoni rimuovono le piccole bolle di gas in sospensione dal liquido e riducono il livello di gas disciolto al di sotto del livello di equilibrio naturale.

Degassificazione in linea a ultrasuoni & Sgrassatura dell'olio (40cP)

Pulizia di fili, cavi e strisce per ultrasuoni

bobina di cavoLa pulizia a ultrasuoni è un'alternativa ecologica per la pulizia di materiali continui, come fili e cavi, nastri o tubi. L'effetto della potente cavitazione a ultrasuoni rimuove dalla superficie del materiale residui di lubrificazione come olio o grasso, saponi, stearati o polvere. Hielscher Ultrasonics offre diversi sistemi a ultrasuoni per la pulizia in linea di profili continui.
Cliccate qui per maggiori informazioni sulla pulizia ad ultrasuoni dei profili continui!

Contattaci! / Chiedi a noi!

Richiedi maggiori informazioni

Si prega di utilizzare il modulo sottostante per richiedere ulteriori informazioni sui processori ad ultrasuoni, le applicazioni e il prezzo. Saremo lieti di discutere il vostro processo con voi e di offrirvi un sistema ad ultrasuoni che soddisfi le vostre esigenze!









Si prega di notare il nostro informativa sulla privacy.


Principio di funzionamento e utilizzo della lavorazione a ultrasuoni

L'ultrasonicazione è una tecnologia di trattamento commerciale, adottata da numerose industrie per la produzione su larga scala. L'elevata affidabilità e scalabilità, i bassi costi di manutenzione e l'alta efficienza energetica rendono i processori a ultrasuoni una buona alternativa alle tradizionali apparecchiature per il trattamento dei liquidi. Gli ultrasuoni offrono altre interessanti opportunità: La cavitazione, l'effetto ultrasonico di base, produce risultati unici nei processi biologici, chimici e fisici. Ad esempio, la dispersione e l'emulsione a ultrasuoni producono facilmente formulazioni stabili di dimensioni nanometriche. Anche nel campo dell'estrazione botanica, gli ultrasuoni sono una tecnica non termica per isolare i composti bioattivi.

Mentre gli ultrasuoni a bassa intensità o ad alta frequenza sono utilizzati principalmente per l'analisi, i test non distruttivi e la diagnostica per immagini, gli ultrasuoni ad alta intensità sono utilizzati per il trattamento di liquidi e paste, dove le onde ultrasonore intense sono utilizzate per la miscelazione, l'emulsione, la dispersione e la deagglomerazione, la disintegrazione cellulare o la disattivazione degli enzimi. Quando si sonicano liquidi ad alta intensità, le onde sonore si propagano attraverso il mezzo liquido. Ciò comporta l'alternarsi di cicli di alta pressione (compressione) e di bassa pressione (rarefazione), con velocità che dipendono dalla frequenza. Durante il ciclo di bassa pressione, le onde ultrasoniche ad alta intensità creano piccole bolle o vuoti nel liquido. Quando le bolle raggiungono un volume tale da non poter più assorbire energia, collassano violentemente durante un ciclo ad alta pressione. Questo fenomeno è definito cavitazione. Durante l'implosione si raggiungono localmente temperature (circa 5.000K) e pressioni (circa 2.000atm) molto elevate. L'implosione della bolla di cavitazione provoca anche getti di liquido con velocità fino a 280 metri al secondo.

La cavitazione ultrasonica nei liquidi può causare un degassamento rapido e completo; avviare varie reazioni chimiche generando ioni chimici liberi (radicali); accelerare le reazioni chimiche facilitando la miscelazione dei reagenti; migliorare le reazioni di polimerizzazione e depolimerizzazione disperdendo gli aggregati o rompendo in modo permanente i legami chimici nelle catene polimeriche; aumentare i tassi di emulsione; migliorare i tassi di diffusione; produrre emulsioni altamente concentrate o dispersioni uniformi di materiali di dimensioni micrometriche o nanometriche; favorire l'estrazione di sostanze come gli enzimi da cellule animali, vegetali, di lievito o batteriche; rimuovere i virus dai tessuti infetti; infine, erodere e disgregare le particelle sensibili, compresi i microrganismi. (cfr. Kuldiloke 2002)

Gli ultrasuoni ad alta intensità producono una violenta agitazione nei liquidi a bassa viscosità, che può essere utilizzata per disperdere i materiali nei liquidi. (cfr. Ensminger, 1988) Alle 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 la miscelazione ordinaria. (cfr. Nyborg, 1965)

Reattore a ultrasuoni per sintesi chimiche, ad esempio processi di transesterificazione, esterificazione o acetilazione.

Reattore a ultrasuoni con 4 sonde da 2000 watt (8kW) per i processi sicochimici.



Letteratura


Ultrasuoni ad alte prestazioni! La gamma di prodotti Hielscher copre l'intero spettro, dagli ultrasuoni da laboratorio compatti alle unità da banco fino ai sistemi a ultrasuoni industriali completi.

Hielscher Ultrasonics produce omogeneizzatori a ultrasuoni ad alte prestazioni da laboratorio a dimensione industriale.