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초음파: 응용 분야 및 공정

초음파는 음향 캐비테이션과 매우 강렬한 물리적 힘을 생성하는 기계 처리 방법입니다. 따라서 초음파는 혼합, 균질화, 밀링, 분산, 유화, 추출, 탈기 및 초음파 화학 반응과 같은 수많은 응용 분야에 사용됩니다.
아래에서는 일반적인 초음파 응용 프로그램 및 공정에 대한 모든 것을 배웁니다.

초음파 균질화

UP400St 초음파 균질화기 400 와트 비커 및 배치의 초음파 처리.초음파 균질화기는 액체의 작은 입자를 줄여 균일 성과 분산 안정성을 향상시킵니다. 입자(분산상)는 고체 또는 액상에 부유하는 액체 방울일 수 있습니다. 초음파 균질화는 부드럽고 단단한 입자의 감소에 매우 효율적입니다. Hielscher는 모든 액체 부피의 균질화 및 배치 또는 인라인 처리를위한 초음파를 제조합니다. 실험실 초음파 장치는 1.5mL에서 약 4L까지의 용량에 사용할 수 있습니다. 초음파 산업용 장치는 공정 개발 및 상업 생산에서 0.5에서 약 2000L의 배치 또는 시간당 0.1L에서 20 입방 미터의 유량을 처리 할 수 있습니다.
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초음파 분산 및 응집 해제

초음파는 음향 캐비테이션을 통해 고체 입자를 파괴합니다.고체를 액체로 분산 및 응집시키는 것은 프로브 형 초음파의 중요한 응용 분야입니다. 초음파/음향 캐비테이션은 입자 응집체를 개별적이고 분산된 단일 입자로 분해하는 높은 전단력을 생성합니다. 분말을 액체에 혼합하는 것은 페인트, 바니시, 화장품, 식품 및 음료 또는 연마 매체와 같은 다양한 제품의 제형에서 일반적인 단계입니다. 개별 입자는 반데르발스력(van-der-Waals-forces) 및 액체 표면 장력을 포함한 다양한 물리적, 화학적 성질의 인력에 의해 함께 유지됩니다. 초음파는 액체 매체의 입자를 응집시키고 분산시키기 위해 이러한 인력을 극복합니다. 액체에서 분말의 분산 및 응집 해제를 위해 고강도 초음파는 고압 균질화기, 고 전단 믹서, 비드 밀 또는 로터 - 스테이터 - 믹서에 대한 흥미로운 대안입니다.
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이 비디오는 S24d 22mm 프로브와 함께 UP400St를 사용하여 적색의 초음파 분산을 시연하고 있습니다.

UP400St를 사용한 초음파 적색 분산

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초음파 유화 작용

초음파는 나노 에멀젼 생산을위한 매우 효과적인 방법입니다.화장품 및 스킨 로션, 제약 연고, 바니시, 페인트, 윤활제 및 연료와 같은 광범위한 중간 및 소비재는 전적으로 또는 부분적으로 에멀젼을 기반으로 합니다. 에멀젼은 두 개 이상의 혼합되지 않는 액상의 분산액입니다. 매우 집중적인 초음파는 두 번째 단계 (연속상)에서 작은 방울로 액상 (분산상)을 분산시키기에 충분한 강렬한 전단을 공급합니다. 분산 영역에서 내파하는 캐비테이션 기포는 주변 액체에 집중적인 충격파를 일으키고 높은 액체 속도(높은 전단)의 액체 제트를 형성합니다. 초음파는 목표 에멀젼 크기에 맞게 정확하게 조정할 수 있으므로 마이크로 에멀젼 및 나노 에멀젼의 안정적인 생산이 가능합니다.
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혼합, 분산, 유화 및 추출을위한 초음파 균질화 기 UIP1000hdT.

The UIP1000hdT 균질화, 밀링 및 추출 응용 분야를위한 1000 와트의 강력한 초음파입니다.

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초음파 습식 밀링 및 연삭

초음파는 입자의 습식 밀링 및 마이크로 그라인딩을위한 효율적인 수단입니다. 특히 초미세 크기의 슬러리 제조에 있어 초음파는 많은 장점이 있습니다. 그것은 전통적인 크기 감소 장비와 같은 우량합니다: 콜로이드 선반 (예를들면 공 선반, 비드 선반), 원판 선반 또는 제트기 선반. 초음파는 고농도 및 고점도 슬러리를 처리 할 수 있으므로 처리 할 양을 줄일 수 있습니다. 물론 초음파 밀링은 세라믹, 안료, 황산 바륨, 탄산 칼슘 또는 금속 산화물과 같은 미크론 크기 및 나노 크기의 재료를 가공하는 데 적합합니다. 특히 나노 물질의 경우, 초음파는 영향력이 큰 전단력이 균일하게 작은 나노 입자를 생성하기 때문에 성능이 뛰어납니다.
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초음파 밀링 후 이산화 티타늄 TiO2 입자는 직경이 급격히 감소하고 크기 분포가 좁습니다.

초음파 밀링 전후 분무 건조 TiO2

Ultrasonic Cell Disintegration and Lysis

초음파 프로세서 UP200S를 사용하여 허브에서 화합물을 초음파로 추출 지원초음파 처리는 섬유질의 셀룰로오스 물질을 미세한 입자로 분해하고 세포 구조의 벽을 파괴 할 수 있습니다. 이것은 전분이나 설탕과 같은 세포 내 물질을 더 많이 액체로 방출합니다. 이 효과는 발효, 소화 및 기타 유기물의 변환 과정에 사용할 수 있습니다. 밀링 및 분쇄 후, 초음파는 전분과 같은 세포 내 물질과 세포벽 파편을 전분을 당으로 변환하는 효소가 사용할 수 있도록합니다. 또한 액화 또는 당화 작용 중에 효소에 노출되는 표면적을 증가시킵니다. 이는 일반적으로 효모 발효 및 기타 전환 공정의 속도와 수율을 증가시킵니다(예: 바이오매스에서 에탄올 생산을 촉진).
세포 구조의 초음파 붕괴에 대해 자세히 알아 보려면 여기를 클릭하십시오!

식물의 초음파 추출

세포 및 세포 내 입자에 저장된 생체 활성 화합물의 추출은 고강도 초음파의 널리 사용되는 응용 분야입니다. 초음파 추출은 식물과 균류의 세포 기질에서 2 차 대사 산물 (예 : 폴리 페놀), 다당류, 단백질, 에센셜 오일 및 기타 활성 성분을 분리하는 데 사용됩니다. 유기 화합물의 물 및 용매 추출에 적합한 초음파 처리는 식물 또는 종자에 포함 된 식물의 수율을 크게 향상시킵니다. 초음파 추출은 의약품, 기능 식품 / 영양 보충제, 향료 및 생물학적 첨가물의 생산에 사용됩니다. 초음파는 바이오 리파이너리에서 생체 활성 성분을 추출하는 데에도 사용되는 친환경 추출 기술입니다(예: 산업 공정에서 형성된 활용되지 않는 부산물 스트림에서 가치 있는 화합물 방출). 초음파는 실험실 및 생산 규모에서 식물 추출을위한 매우 효과적인 기술입니다.
초음파 추출에 대한 자세한 내용을 보려면 여기를 클릭하십시오!

초음파 식물 추출은 더 높은 수율을 제공합니다. Hielscher UIP2000hdT, 2000 와트 균질화기는 10 리터에서 120 리터까지 배치를 쉽게 추출 할 수있을만큼 강력합니다.

식물의 초음파 추출 - 30 리터 / 8 갤런 배치

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초음파는 에스테르 교환 반응을 개선하여 예를 들어 더 높은 메틸 에스테르 및 폴리올을 제공하는 것으로 알려져 있습니다. Hielscher 초음파는 높은 처리량을위한 산업용 초음파 프로브 및 반응기를 제조합니다.

초음파로 향상된 액체 처리를 위한 16,000와트의 초음파 반응기.

초음파의 Sonochemical 응용

cavitation_2_p0200Sonochemistry는 화학 반응 및 공정에 초음파를 적용하는 것입니다. 액체에서 초음파 화학적 효과를 일으키는 메커니즘은 음향 캐비테이션 현상입니다. 화학 반응 및 공정에 대한 초음파 화학적 효과에는 반응 속도 또는 출력의 증가,보다 효율적인 에너지 사용,상 전달 촉매의 성능 향상, 금속 및 고체의 활성화 또는 시약 또는 촉매의 반응성 증가가 포함됩니다.
초음파의 초음파 화학 효과에 대해 자세히 알아 보려면 여기를 클릭하십시오!

오일을 바이오디젤로 초음파 에스테르 교환

초음파는 식물성 기름과 동물성 지방을 바이오 디젤로 트랜스 에스테르 화하는 화학 반응 속도와 수율을 증가시킵니다. 이를 통해 생산을 배치 처리에서 연속 흐름 처리로 변경할 수 있으며 투자 및 운영 비용을 절감할 수 있습니다. 초음파 바이오 디젤 제조의 주요 장점 중 하나는 폐 식용유 및 기타 품질이 좋지 않은 오일 소스와 같은 폐유를 사용한다는 것입니다. 초음파 에스테르 교환은 저품질 공급 원료도 고품질 바이오 디젤 (지방산 메틸 에스테르 / FAME)으로 전환 할 수 있습니다. 식물성 기름 또는 동물성 지방으로부터 바이오디젤을 제조하는 것은 지방산과 메탄올 또는 에탄올의 염기 촉매 에스테르 교환을 포함하여 해당 메틸 에스테르 또는 에틸 에스테르를 수득하는 것을 포함한다. 초음파는 99 %를 초과하는 바이오 디젤 수율을 달성 할 수 있습니다. 초음파는 처리 시간과 분리 시간을 크게 줄입니다.
오일을 바이오디젤로 초음파 보조 에스테르 교환하는 방법에 대해 자세히 알아보려면 여기를 클릭하십시오!

액체의 초음파 탈기 및 탈기

액체의 가스 제거는 프로브 형 초음파의 또 다른 중요한 응용 분야입니다. 초음파 진동과 캐비테이션은 액체에 용해된 가스의 합체를 일으킵니다. 미세한 가스 거품이 합체하기 때문에, 그들은 액체의 최고 표면에 빨리 뜨는 더 큰 거품을 그로 인하여 형성하고, 거기에서 제거될 수 있다. 따라서, 초음파 탈기 및 탈기는 용존 가스의 수준을 자연 평형 수준 이하로 낮출 수 있습니다.
액체의 초음파 탈기에 대해 자세히 알아 보려면 여기를 클릭하십시오!

이 비디오는 점성 오일(40cP)의 효율적인 탈기를 보여줍니다. 초음파는 액체에서 작은 부유 가스 기포를 제거하고 용존 된 가스 수준을 자연 평형 수준 이하로 줄입니다.

초음파 인라인 탈기 & 오일 소포 (40cP)

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초음파 와이어, 케이블 및 스트립 청소

케이블의 코일초음파 세척은 와이어 및 케이블, 테이프 또는 튜브와 같은 연속 재료의 세척을 위한 환경 친화적인 대안입니다. 강력한 초음파 캐비테이션의 효과는 재료 표면에서 오일 또는 그리스, 비누, 스테아린산 산염 또는 먼지와 같은 윤활 잔류물을 제거합니다. Hielscher 초음파는 연속 프로파일의 인라인 청소를위한 다양한 초음파 시스템을 제공합니다.
연속 프로파일의 초음파 세척에 대한 자세한 내용을 보려면 여기를 클릭하십시오!

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아래 양식을 사용하여 초음파 프로세서, 응용 프로그램 및 가격에 대한 추가 정보를 요청하십시오. 우리는 귀하와 귀하의 프로세스에 대해 논의하고 귀하의 요구 사항을 충족하는 초음파 시스템을 제공하게되어 기쁩니다!









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Sonication을 우수한 처리 방법으로 만드는 것은 무엇입니까?

초음파 처리 또는 고주파 음파를 사용하여 액체를 교반하는 것은 다양한 이유로 효율적인 처리 방법입니다. 약 20kHz의 고강도 및 저주파에서의 초음파 처리가 액체 및 슬러리 처리에 특히 영향을 미치고 유리한 몇 가지 이유는 다음과 같습니다.

  1. 공동 현상: 초음파 처리의 주요 메커니즘 중 하나는 캐비테이션이라고 불리는 작은 거품의 생성과 붕괴입니다. 20kHz에서 음파는 기포를 효율적으로 만들고 축소하기에 적합한 주파수에 있습니다. 이러한 기포의 붕괴는 고에너지 충격파를 생성하여 입자를 분해하고 초음파 처리되는 액체의 세포를 파괴할 수 있습니다.
  2. 진동 및 진동: 생성된 음향 캐비테이션 외에도 초음파 프로브의 진동은 액체에서 추가적인 교반 및 혼합을 생성하여 물질 전달 및/또는 탈기를 촉진합니다.
  3. 침투: 20kHz의 음파는 상대적으로 파장이 길어 액체 깊숙이 침투할 수 있습니다. 초음파 캐비테이션은 초음파 프로브 주변에서 나타나는 국부적 현상입니다. 프로브까지의 거리가 멀어짐에 따라 캐비테이션 강도가 감소합니다. 그러나 20kHz에서의 초음파 처리는 파장이 짧고 침투 깊이가 더 제한 될 수있는 고주파 초음파 처리에 비해 더 많은 양의 액체를 효율적으로 처리 할 수 있습니다.
  4. 낮은 에너지 소비: 초음파 처리는 고압 균질화 또는 기계적 교반과 같은 다른 처리 방법에 비해 상대적으로 낮은 에너지 소비로 수행 할 수 있습니다. 따라서 액체 처리를 위한 보다 에너지 효율적이고 비용 효율적인 방법입니다.
  5. 선형 확장성: 초음파 공정은 더 크거나 더 작은 볼륨으로 완전히 선형으로 확장 할 수 있습니다. 이를 통해 제품 품질이 지속적으로 안정적으로 유지될 수 있으므로 생산 시 공정 조정을 신뢰할 수 있습니다.
  6. 배치 및 인라인 흐름: 초음파는 배치 또는 연속 인라인 프로세스로 수행 할 수 있습니다. 배치의 초음파 처리를 위해 초음파 프로브는 개방 용기 또는 폐쇄 된 배치 반응기에 삽입됩니다. 연속 흐름 흐름의 초음파 처리를 위해 초음파 플로우 셀이 설치됩니다. 액체 매체는 단일 패스 또는 재순환으로 sonotrode (초음파 진동 막대)를 통과하며 초음파에 노출되어 매우 균일하고 효율적입니다.

전반적으로, 캐비테이션의 강렬한 힘, 낮은 에너지 소비 및 공정 확장 성으로 인해 저주파, 고출력 초음파 처리는 액체 처리를위한 효율적인 방법입니다.

초음파 처리의 작동 원리 및 사용

초음파는 대규모 생산을 위해 수많은 산업 분야에서 채택 된 상업 가공 기술입니다. 높은 신뢰성과 확장성, 낮은 유지 보수 비용 및 높은 에너지 효율성으로 인해 초음파 프로세서는 기존 액체 처리 장비에 대한 좋은 대안입니다. 초음파는 추가적인 흥미로운 기회를 제공합니다 : 캐비테이션 (기본 초음파 효과)은 생물학적, 화학적 및 물리적 과정에서 독특한 결과를 생성합니다. 예를 들어, 초음파 분산 및 유화는 안정적인 나노 크기의 제형을 쉽게 생산합니다. 또한 식물 추출 분야에서 초음파는 생체 활성 화합물을 분리하는 비열 기술입니다.

저강도 또는 고주파 초음파는 주로 분석, 비파괴 검사 및 이미징에 사용되는 반면, 고강도 초음파는 액체 및 페이스트 가공에 사용되며 강렬한 초음파는 혼합, 유화, 분산 및 응집, 세포 붕괴 또는 효소 비활성화에 사용됩니다. 높은 강도로 액체를 초음파 처리 할 때 음파는 액체 매체를 통해 전파됩니다. 그 결과 고압(압축) 및 저압(희박) 사이클이 번갈아 발생하며 주파수에 따라 속도가 달라집니다. 저압 사이클 동안 고강도 초음파는 액체에 작은 진공 기포 또는 공극을 생성합니다. 기포가 더 이상 에너지를 흡수할 수 없는 부피에 도달하면 고압 사이클 동안 격렬하게 붕괴됩니다. 이 현상을 캐비테이션이라고 합니다. 내파 중에는 국부적으로 매우 높은 온도(약 5,000K)와 압력(약 2,000atm)에 도달합니다. 캐비테이션 버블의 내파는 또한 초당 최대 280미터 속도의 액체 제트를 생성합니다.

액체의 초음파 캐비테이션은 빠르고 완전한 탈기를 유발할 수 있습니다. 자유 화학 이온(라디칼)을 생성하여 다양한 화학 반응을 시작합니다. 반응물의 혼합을 촉진하여 화학 반응을 가속화합니다. 응집체를 분산시키거나 고분자 사슬의 화학 결합을 영구적으로 끊어 중합 및 해중합 반응을 향상시킵니다. 유화 속도를 증가시킵니다. 확산 속도를 향상시킵니다. 고농도 에멀젼 또는 미크론 크기 또는 나노 크기 물질의 균일한 분산을 생산합니다. 동물, 식물, 효모 또는 박테리아 세포에서 효소와 같은 물질의 추출을 돕습니다. 감염된 조직에서 바이러스를 제거하십시오. 마지막으로 미생물을 포함한 민감한 입자를 침식하고 분해합니다. (Kuldiloke 2002 참조)

고강도 초음파는 점도가 낮은 액체에서 격렬한 교반을 생성하여 액체의 물질을 분산시키는 데 사용할 수 있습니다. (참조: Ensminger, 1988) 액체/고체 또는 기체/고체 계면에서 캐비테이션 기포의 비대칭 내파는 확산 경계층을 감소시키고 대류 질량 전달을 증가시키며 일반적인 혼합이 불가능한 시스템에서 확산을 상당히 가속화하는 극심한 난류를 유발할 수 있습니다. (cf. Nyborg, 1965)

Hielscher Casctrode의 강력한 초음파 캐비테이션

Hielscher Casctrode의 강력한 초음파 캐비테이션



문학

화학 합성을 위한 초음파 반응기(예: 에스테르 교환, 에스테르화 또는 아세틸화 공정).

초음파 화학 공정을위한 4x 2000 와트 프로브 (8kW)가있는 초음파 반응기.


High performance ultrasonics! Hielscher's product range covers the full spectrum from the compact lab ultrasonicator over bench-top units to full-industrial ultrasonic systems.

Hielscher 초음파는 고성능 초음파 균질화기를 제조합니다. 받는 사람 산업 규모.

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