Uwendung vu Leeschtungsultraschall mat Ultraschallhéieren

Ultraschallhéieren oder Ultraschallsonde gi breet fir villfälteg Uwendunge bei der Veraarbechtung vu Flëssegkeeten agesat, dorënner Homogeniséierung, Dispergéierung, Naassmuelen, Emulgéierung, Extraktioun, Desintegratioun, Opléisung an Entlëftung. Léiert d’Grondlagen iwwer Ultraschallhéieren, Ultraschallsonden an hir Uwendunge kennen.

Ultraschallhorn am Verglach mat Ultraschallsond

Dacks ginn d’Begrëffer Ultraschallhorn an Ultraschallsond synonym benotzt a bezeechnen den Ultraschallstaf, deen d’Ultraschallwellen an d’Flëssegkeet iwwerdréit. Aner Begrëffer fir d’Ultraschallsond sinn akustescht Horn, Sonotrod, akustesche Welleleeder oder Ultraschallfanger. Technesch gesi gëtt et awer en Ënnerscheed tëscht engem Ultraschallhorn an enger Ultraschallsond.
Souwuel d’Horn wéi och d’Sond bezeechnen Deeler vun engem sougenannten Ultraschallapparat mat Sond. D’Ultraschallhorn ass de metalleschen Deel vum Ultraschallwandler, deen duerch piezoelektresch erzeugte Schwéngungen ugereegt gëtt. D’Ultraschallhorn schwéngt mat enger bestëmmter Frequenz, z. B. 20kHz, wat 20.000 Schwéngunge pro Sekonn bedeit. Titan ass dat bevorzugte Material fir d’Hierstellung vun Ultraschallhéieren, well et exzellent akustesch Iwwerdroungseegenschaften, eng héich Ermüdungsfestegkeet an eng haart Uewerfläch huet.

D’Ultraschallsond gëtt och Sonotrod oder Ultraschallfanger genannt. Et ass e Metallstaf, meeschtens aus Titan, deen un d’Ultraschallhorn geschrauft gëtt. D’Ultraschallsond ass e wesentlechen Deel vum Ultraschallprozessor, deen d’Ultraschallwellen an dat mat Ultraschall behandelt Medium iwwerdréit. Ultraschallsonden / Sonotrode sinn a verschiddene Formen disponibel (z. B. konesch, mat Spëtzt, verjéngt oder als Cascatrode). Obwuel Titan dat am heefegste benotzte Material fir Ultraschallsonden ass, sinn och Sonotroden aus Edelstol, Keramik, Glas an anere Materialie disponibel.

Well d’Ultraschallhorn an d’Sond wärend der Ultraschallbehandlung stänneg ënner Drock- oder Zuchbelaaschtung stinn, ass d’Materialauswiel fir d’Horn an d’Sond entscheedend. Eng héichwäerteg Titanlegéierung (Grad 5) gëllt als dat zouverlässegst, haltbaarst an effektiivst Metall, fir Belaaschtunge standzehalen, héich Amplituden iwwer laang Zäitraim bäizebehalen an déi akustesch a mechanesch Eegenschaften ze iwwerdréien.

D'Opléisen ass eng heefeg Uwendung vun der Ultraschallbehandlung. De Video demonstréiert, wéi Zockerkristaller mam Hielscher UP200St séier a Waasser opgeléist ginn.

Héichleeschtungsultraschallapparater schaffen haaptsächlech am Frequenzberäich vun 20–30kHz. Bei 20 kHz ass d’Ultraschallsond typescherweis e resonante Staf mat enger Längt vun enger hallwer Wellelängt, dee sech stänneg 20.000 Mol pro Sekonn ausdeent an zesummenzitt. Dës Ausdeenungs- a Kontraktiounsbeweegunge ginn als Leeschtungsultraschall an d’Prozessmedium, dat heescht an d’Flëssegkeet oder d’Suspensioun, iwwerdréien, fir Uwendungen ze realiséiere wéi

• Mësche mat héije Schéierkräften duerch Ultraschall
• Naassmuele mat Ultraschall
• Dispergéierung vun Nanopartikelen duerch Ultraschall
• Nanoemulgéierung duerch Ultraschall
• Extraktioun duerch Ultraschall
• Desintegratioun duerch Ultraschall
• Zellopschloss a Lys duerch Ultraschall
• Entgasung an Entlëftung duerch Ultraschall
• Sonochemie (Sonosynthees, Sonokatalys)

Wéi funktionéiert Leeschtungsultraschall? – De Wierkungsprinzip vun der akustescher Kavitatioun

Fir Héichleeschtungsultraschalluwendunge wéi Homogeniséierung, Partikelverklengerung, Desintegratioun oder Nanodispersioune gëtt Ultraschall mat héijer Intensitéit an niddreger Frequenz vun engem Ultraschallwandler erzeugt an iwwer d’Ultraschallhorn an d’Sond (Sonotrod) an eng Flëssegkeet iwwerdréien. Als Leeschtungsultraschall gëllt Ultraschall am Beräich vun 16–30kHz. D’Ultraschallsond deent sech aus an zitt sech zesummen, z. B. bei 20kHz, an iwwerdréit dobäi entspriechend 20.000 Schwéngunge pro Sekonn an d’Medium. Wann d’Ultraschallwellen duerch d’Flëssegkeet lafen, entstinn duerch ofwiesselend Héichdrockzyklen (Kompressioun) / Niddregdrockzyklen (Verdënnung / Expansioun) winzeg Huelraim (Vakuumblosen), déi iwwer verschidden Drockzyklen ewech wuessen. Wärend der Kompressiounsphas vun der Flëssegkeet an de Blosen ass den Drock positiv, wärend d’Verdënnungsphas e Vakuum erzeugt (negativen Drock). Wärend de Kompressiouns- an Expansiounszyklen wuessen d’Huelraim an der Flëssegkeet, bis se eng Gréisst erreechen, bei där se keng weider Energie méi ophuele kënnen. Zu dësem Zäitpunkt implodéiere se hefteg. D’Implosioun vun dësen Huelraim féiert zu verschiddenen héichenergeteschen Effekter, déi als Phenomeen vun der akustescher / Ultraschallkavitatioun bekannt sinn. Akustesch Kavitatioun zeechent sech duerch villfälteg héichenergetesch Effekter aus, déi op Flëssegkeeten, Feststoff-/Flëssegkeetssystemer souwéi Gas-/Flëssegkeetssystemer wierken. D’Zon mat héijer Energiedicht oder Kavitatiounszon ass als sougenannt Hotspot-Zon bekannt. Hir Energiedicht ass an der direkter Ëmgéigend vun der Ultraschallsond am héchsten an hëlt mat zouhuelender Distanz vun der Sonotrod of. Zu den Haaptcharakteristike vun der Ultraschallkavitatioun gehéieren lokal optriedend ganz héich Temperaturen an Drécker an déi entspriechend Differenzen, Turbulenzen a Flëssegkeetsstréimungen. Wärend der Implosioun vun Ultraschallhuelraim an Ultraschallhotspotte kënne Temperature vu bis zu 5000 Kelvin, Drécker vu bis zu 200 Atmosphären a Flëssegkeetsstrale mat bis zu 1000km/h gemooss ginn. Dës aussergewéinlech energieintensiv Bedéngungen droen zu sonomechaneschen a sonochemeschen Effekter bäi, déi Prozesser a chemesch Reaktiounen op verschidde Manéieren intensivéieren.
Déi wichtegst Auswierkunge vun der Ultraschallbehandlung op Flëssegkeeten a Suspensioune sinn déi folgend:

• Héich Schéierkräften: Héich Schéierkräften duerch Ultraschall brieche Flëssegkeeten a Flëssegkeets-Feststoff-Systemer op a bewierken dobäi intensiv Duerchmëschung, Homogeniséierung a Stofftransport.
• Opprall: Flëssegkeetsstralen a Stréimungen, déi duerch Ultraschallkavitatioun erzeugt ginn, beschleunege Feststoffer a Flëssegkeeten, wat uschléissend zu Kollisiounen tëscht de Partikele féiert. Wa Partikele mat ganz héije Vitessen openeeprallen, gi se ofgedroen, zerbriechen a gi reng gemuelen an dispergéiert, dacks bis erof op Nanogréisst. Bei biologescher Matière wéi Planzematerial briechen déi séier Flëssegkeetsstralen an déi ofwiesselend Drockzyklen d’Zellwänn op a setzen dat intrazelluläert Material fräi. Dëst féiert zu enger héicheffizienter Extraktioun vu bioaktive Verbindungen an enger homogener Vermëschung vu biologescher Matière.
• Duerchmëschung: D’Ultraschallbehandlung verursaacht intensiv Turbulenzen, Schéierkräften a Mikrobeweegungen an der Flëssegkeet oder der Suspensioun. Doduerch intensivéiert d’Ultraschallbehandlung ëmmer de Stofftransport a beschleunegt domat Reaktiounen a Prozesser.

Ultraschallhomogenisatoren a Mëscher mat héije Schéierkräfte ginn a bal all Veraarbechtungsindustrie agesat, déi mat Flëssegkeeten oder Suspensioune schafft. Déi intensiv Kavitatiounskräfte vum Ultraschall bewierken intensiv Duerchmëschung, Schéierwierkung, Partikelbroch a Stofftransport. Doduerch gi Flëssegkeeten homogeniséiert, dispergéiert, emulgéiert, extrahéiert, opgeléist an/oder chemesch Reaktiounen ausgeléist. Insgesamt ass d’Ultraschallbehandlung eng Method fir d’Prozessintensivéierung, déi d’Ausbezuelung erhéicht, d’Ëmsetzungsquote verbessert a Prozesser méi effizient mécht.
Heefeg Ultraschalluwendungen an der Industrie verdeele sech op vill Secteure vun der Liewensmëttel- a Pharmaindustrie, der Feinchemie, der Energie a Petrochemie, dem Recycling, de Bioraffinerien asw. an ëmfaassen déi folgend:

• Biodieselsynthees duerch Ultraschall
• Homogeniséierung vun Uebstjusen duerch Ultraschall
• Produktioun vun Impfstoffer mat Ultraschall
• Recycling vu Li-Ione-Batterië mat Ultraschall
• Synthees vun Nanomaterialie mat Ultraschall
• Formuléierung vu Pharmazeutika mat Ultraschall
• Nanoemulgéierung vu CBD duerch Ultraschall
• Extraktioun vu Planzestoffer duerch Ultraschall
• Proufvirbereedung mat Ultraschall a Laboratoiren
• Entgasung vu Flëssegkeeten duerch Ultraschall
• Entschwiefelung vu Réiueleg duerch Ultraschall
• a vill méi …

Ultraschallhéieren a Sonde fir Héichleeschtungsuwendungen

Hielscher Ultrasonics ass en Hiersteller an Distributeur mat laangjäreger Erfarung am Beräich vun de Leeschtungsultraschallapparater, déi weltwäit fir usprochsvoll Uwendungen a villen Industrien agesat ginn.
Mat Ultraschallprozessoren an alle Gréisste vu 50 Watt bis 16kW pro Apparat, Sonden a verschiddene Gréissten a Formen an Ultraschallreaktere mat verschiddene Volumen a Geometrien huet Hielscher Ultrasonics déi passend Ausrüstung, fir déi ideal Ultraschallanlag fir Är Uwendung ze konfiguréieren.
D’Tabell hei ënne gëtt Iech en Unhaltspunkt fir déi ongeféier Veraarbechtungskapazitéit vun eisen Ultraschallapparater: