Ultrasuoni: Applicazioni e processi

Gli ultrasuoni sono una tecnologia utile per molte applicazioni, come l'omogeneizzazione, la disintegrazione, la dispersione, la sonochimica, il degassamento o la pulizia. Di seguito, troverete applicazioni e processi tipici degli ultrasuoni.

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Omogeneizzazione ad ultrasuoni

Omogeneizzatore ad ultrasuoniGli omogeneizzatori a ultrasuoni riducono le piccole particelle in un liquido per migliorare l'uniformità e la stabilità della dispersione. Le particelle (fase di dispersione) 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. La Hielscher produce dispositivi a ultrasuoni per l'omogeneizzazione di qualsiasi volume di liquido e per la lavorazione in batch o in linea. I dispositivi a ultrasuoni da laboratorio possono essere utilizzati per volumi da 1,5 mL a circa 4L. Gli apparecchi industriali a ultrasuoni possono trattare lotti da 0,5 a circa 2000L o portate da 0,1L a 20 metri cubi all'ora nello sviluppo del processo o nella produzione.
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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 nei liquidi è un'importante applicazione dei dispositivi a ultrasuoni. La cavitazione ultrasonica genera forze di taglio elevate che rompono gli agglomerati di particelle in singole particelle disperse. La miscelazione di polveri in liquidi è un passo comune nella formulazione di vari prodotti, come vernici, 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 dei liquidi. L'ultrasuonazione supera 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 sono un'interessante alternativa agli omogeneizzatori ad alta pressione, ai miscelatori ad alto taglio o ai miscelatori rotore-statore.
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emulsionante ad ultrasuoni

L'ecografia è un mezzo efficace per l'emulsificazione.Una vasta gamma di prodotti intermedi e di consumo, come cosmetici e lozioni per la pelle, unguenti farmaceutici, vernici, pitture e lubrificanti e carburanti sono basati interamente o in parte su emulsioni. Le emulsioni sono dispersioni di due o più liquidi immiscibili. Gli ultrasuoni ad alta intensità forniscono un taglio abbastanza intenso da disperdere una fase liquida (fase dispersa) in piccole goccioline in una seconda fase (fase continua). Nella zona di dispersione, le bolle di cavitazione implodenti causano onde d'urto intense nel liquido circostante e provocano la formazione di getti di liquido ad alta velocità (alto taglio). L'ultrasuonizzazione può raggiungere una dimensione media delle gocce ben al di sotto di 1 micron (microemulsione).
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Fresatura ad ultrasuoni a umido e macinazione

fresatura ad ultrasuoni di materiali solidiL'ultrasuonazione è un mezzo efficiente per la macinazione a umido e la microtriturazione delle particelle. In particolare per la produzione di impasti di dimensioni superfini, gli ultrasuoni hanno molti vantaggi. È superiore alle attrezzature tradizionali di riduzione delle dimensioni, come: mulini colloidali (ad esempio, mulini a sfere, mulini a sfere), mulini a dischi o mulini a getto. L'ultrasuonazione può trattare impasti ad alta concentrazione e ad alta viscosità - riducendo così il volume da trattare. 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 di metallo.
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Disintegrazione cellulare ad 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.
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Estrazione di cellule ad ultrasuoni

L'estrazione di enzimi e proteine immagazzinati in cellule e particelle subcellulari è un'applicazione ampiamente utilizzata degli ultrasuoni ad alta intensità. L'estrazione con solvente di composti organici contenuti nelle piante o nei semi può essere migliorata significativamente. Gli ultrasuoni hanno un vantaggio potenziale nell'estrazione e nell'isolamento di nuovi componenti potenzialmente bioattivi, per esempio da flussi di sottoprodotti non utilizzati formati nei processi attuali. L'ultrasuonazione è una tecnologia molto efficace per l'estrazione botanica su scala di laboratorio e di produzione.
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Illustrates powerful ultrasonic cavitation  by a sonotrode in water.

Potente cavitazione ultrasonica nel liquido

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UIP1000 – Set sonicazione

1,000 watts ultrasonication system for process development and optimization before scale-upSet di ultrasuoni da 1.000 watt per lo sviluppo e l'ottimizzazione del processo

Sonochimica

Reattori ad ultrasuoni aumentano il rendimento di biodiesel e l’efficienza dei processi!Per saperne di più sulle applicazioni chimiche dei nostri dispositivi 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.
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Trasesterificazione ultrasonica del petrolio in biodiesel

Pompa biodieselL'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 bottiglieÈ possibile installare dispositivi a ultrasuoni nelle macchine di imbottigliamento e di riempimento per controllare le perdite di lattine e bottiglie. Il rilascio istantaneo di anidride carbonica è l'effetto decisivo delle prove di tenuta ad ultrasuoni dei contenitori riempiti di 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.Per combattere il pericoloso batterio della legionella nei sistemi di acqua calda e garantire un ambiente di doccia più sicuro, la società Gruenbeck ha sviluppato il sistema GENO-break. Questo sistema utilizza la tecnologia a 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 a ultrasuoni è un'alternativa ecologica per la pulizia di materiali continui, come fili e cavi, nastri o tubi. L'effetto della potente cavitazione ultrasonica rimuove i residui di lubrificazione come olio o grasso, saponi, stearati o polvere dalla superficie del materiale.
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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

L'ultrasuonazione è una tecnologia di lavorazione completamente commerciale. L'alta affidabilità e scalabilità, così come i bassi costi di manutenzione e l'alta efficienza energetica rendono i dispositivi a ultrasuoni una buona alternativa alle tradizionali attrezzature per la lavorazione dei liquidi. Gli ultrasuoni offrono ulteriori eccitanti opportunità: La cavitazione - l'effetto base degli ultrasuoni - produce risultati unici nei processi biologici, chimici e fisici.

Mentre gli ultrasuoni a bassa intensità o ad alta frequenza sono usati principalmente per l'analisi, i test non distruttivi e l'imaging, gli ultrasuoni ad alta intensità sono usati per la lavorazione dei liquidi come la miscelazione, l'emulsione, la dispersione e la disagglomerazione, la disintegrazione delle cellule o la disattivazione degli enzimi. Quando si sonicano i liquidi ad alta intensità, le onde sonore si propagano attraverso i mezzi liquidi. Questo si traduce in cicli alternati di alta pressione (compressione) e bassa pressione (rarefazione), con tassi che dipendono dalla frequenza. Durante il ciclo di bassa pressione, le 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 molto alte (circa 5.000K) e pressioni (circa 2.000atm). L'implosione della bolla di cavitazione provoca anche getti di liquido con una 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 permanentemente i legami chimici nelle catene polimeriche; aumentare i tassi di emulsificazione; migliorare i tassi di diffusione; produrre emulsioni altamente concentrate o dispersioni uniformi di materiali di dimensioni micron o nano; assistere l'estrazione di sostanze come gli enzimi da cellule animali, vegetali, di lievito o batteriche; rimuovere i virus dai tessuti infetti; e infine, erodere e rompere le particelle suscettibili, compresi i microrganismi. (Kuldiloke 2002)

Gli ultrasuoni ad alta intensità producono un'agitazione violenta nei liquidi a bassa viscosità, che può essere usata per disperdere materiali nei liquidi. (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)

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Filo & Cavo: Sistema di pulizia ad ultrasuoni

Sistema de pulizia ad ultrasuoni per la rimozione di olio, sapone o polvere.Sistema de pulizia ad ultrasuoni per la rimozione di olio, sapone o polvere.



Letteratura

Ensminger, D. E. (1988): Metodi acustici ed elettroacustici di disidratazione ed essiccazione, in: Drying Tech. 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).