Ultraschall: Uwendungen a Prozesser

Ultrasonication ass eng mechanesch Veraarbechtungsmethod déi akustesch Kavitatioun an héich intensiv kierperlech Kräfte erstellt. Dofir gëtt Ultraschall fir vill Uwendungen benotzt wéi Vermëschung, Homogeniséierung, Fräsen, Dispersioun, Emulgéierung, Extraktioun, Entgasung a sonochemesch Reaktiounen.
Hei ënnen léiert Dir alles iwwer typesch Ultraschallapplikatiounen a Prozesser.

Ultraschallhomogeniséierung

Ultrasonic Homogenisatoren reduzéieren kleng Partikelen an enger Flëssegkeet fir d'Uniformitéit an d'Dispersiounsstabilitéit ze verbesseren. D'Partikel (dispers Phase) kënne Feststoffer oder flësseg Drëpsen an enger flësseger Phase suspendéiert sinn. Ultraschall Homogeniséierung ass ganz effizient fir d'Reduktioun vu mëllen an haarde Partikelen. Hielscher fabrizéiert Ultraschaller fir d'Homogeniséierung vun all Flëssegkeetsvolumen a fir Batch oder Inline Veraarbechtung. Laboratoire Ultraschall-Geräter kënne fir Volumen vun 1,5mL bis ca. 4l vun. Ultraschall industriell Geräter kënne Chargen vun 0,5 bis ca. 2000L oder Flux Tariffer vun 0.1L bis 20 Kubikzentimeter Meter pro Stonn an Prozess Entwécklung an kommerziell Produktioun.
Klickt hei fir méi iwwer Ultraschallhomogeniséierung ze liesen!

Ultraschall Dispersioun an Deagglomeratioun

D'Dispersioun an d'Deagglomeratioun vu Feststoffer a Flëssegkeeten ass eng wichteg Uwendung vun Sonde-Typ Ultraschaller. Ultraschall / akustesch Kavitatioun generéiert héich Schéierkraaft, déi Partikelagglomeraten an eenzel, eenzel dispergéiert Partikel briechen. D'Vermëschung vu Pulver a Flëssegkeeten ass e gemeinsame Schrëtt an der Formuléierung vu verschiddene Produkter, wéi Faarwen, Lacker, Kosmetikprodukter, Iessen a Gedrénks, oder Poliermedien. Déi eenzel Partikele ginn duerch Attraktiounskräfte vu verschiddene physikaleschen a chemeschen Natur zesummegehalen, dorënner van-der-Waals-Kräften a flësseg Uewerflächespannung. Ultrasonication iwwerwannt dës Attraktiounskräften fir d'Partikel a flëssege Medien ze deagglomeréieren an ze verdeelen. Fir d'Dispergéierung an d'Deagglomeratioun vu Pulver a Flëssegkeeten ass d'Héichintensitéit Ultraschall eng interessant Alternativ zu Héichdrockhomogenisatoren, Héichschéiermixer, Perlemillen oder Rotor-Stator-Mixer.
Klickt hei fir méi iwwer Ultraschallverdeelung an Deagglomeratioun ze liesen!

Ultraschall Emulsifikatioun

Eng breet Palette vun Zwëschen- a Konsumproduiten, wéi Kosmetik a Hautlotionen, pharmazeutesch Salben, Lacker, Faarwen a Schmiermëttel a Brennstoffer baséieren ganz oder deelweis op Emulsiounen. Emulsiounen sinn Dispersiounen vun zwou oder méi onmëschbar flësseg Phasen. Héich intensiv Ultraschall liwwert genuch intensiv Schéier fir eng flësseg Phase (verspreet Phase) a klengen Drëpsen an enger zweeter Phase (kontinuéierlech Phase) ze verdeelen. An der Dispersiounszone verursaachen implodéierend Kavitatiounsblasen intensiv Schockwellen an der Ëmgéigend Flëssegkeet a féieren zu der Bildung vu Flëssegjets mat héijer Flësseggeschwindegkeet (héich Schéier). Ultrasonication kann präzis un d'Ziel-Emulsiounsgréisst ugepasst ginn, wat doduerch eng zouverlässeg Produktioun vu Mikro-Emulsiounen an Nano-Emulsiounen erlaabt.
Klickt hei fir méi iwwer Ultraschall-Emulsifikatioun ze liesen!

Ultraschall Naass-Fräsen a Schleifen

Ultrasonication ass en effiziente Mëttel fir d'naass Millen a Mikro-Schleifen vu Partikelen. Besonnesch fir d'Fabrikatioun vun superfine-Gréisst Schlëmmeren, Ultraschall huet vill Virdeeler. Et ass besser wéi traditionell Gréisst Reduktioun Ausrüstung, wéi: Kolloid Millen (zB Kugelmillen, Kugelmillen), Scheifmillen oder Jetmillen. Ultrasonication kann héich-Konzentratioun an héich-Viskositéit slurries veraarbecht - also reduzéieren de Volume ze veraarbecht ginn. Natierlech ass d'Ultraschallfräsen gëeegent fir d'Veraarbechtung vu Mikrongréisst an Nano-Gréisst Materialien, wéi Keramik, Pigmenter, Bariumsulfat, Kalziumkarbonat oder Metalloxiden. Besonnesch wann et ëm Nano-Materialien geet, exceléiert d'Ultraschall an der Leeschtung wéi seng héich beaflosst Schéierkräften eenheetlech kleng Nanopartikel erstellen.
Klickt hei fir méi iwwer Ultraschall naass Fräsen a Mikroschleifen ze liesen!

Spraygedréchent TiO2 virun an no Ultraschallfräsen

Ultraschall Zell Desintegratioun a Lysis

Ultraschallbehandlung kann fibrous, cellulosematerial a feine Partikel zerbriechen an d'Maueren vun der Zellstruktur briechen. Dëst verëffentlecht méi vum intrazelluläre Material, wéi Stärke oder Zocker, an d'Flëssegkeet. Dësen Effekt kann fir Fermentatioun, Verdauung an aner Konversiounsprozesser vun organescher Matière benotzt ginn. Nom Fräsen a Schleifen, mécht d'Ultraschall méi vum intrazelluläre Material zB Stärke wéi och d'Zellwandstécker zur Verfügung fir d'Enzyme déi Stärke an Zocker konvertéieren. Et erhéicht och d'Uewerfläch vun den Enzymen ausgesat wärend der Flëssegkeet oder Saccharifikatioun. Dëst erhéicht typesch d'Geschwindegkeet an d'Ausbezuelung vun der Heffermentatioun an aner Konversiounsprozesser, zB fir d'Ethanolproduktioun aus der Biomass ze stäerken.
Klickt hei fir méi iwwer d'Ultraschall Desintegratioun vun Zellstrukturen ze liesen!

Ultraschallextraktioun vu Botaneschen

D'Extraktioun vu bioaktive Verbindungen, déi an Zellen an subzelluläre Partikelen gespäichert sinn, ass eng wäit benotzt Applikatioun vun héijer Intensitéit Ultraschall. Ultrasonic Extraktioun gëtt benotzt fir sekundär Metaboliten (zB Polyphenole), Polysacchariden, Proteinen, äthereschen Ueleger an aner aktiv Zutaten aus der Zellmatrix vu Planzen a Pilze ze isoléieren. Gëeegent fir Waasser- a Léisungsmëttel-Extraktioun vun organesche Verbindungen, sonication verbessert d'Ausbezuele vun Botanicals enthale bannent Planzen oder Some bedeitend. Ultrasonic Extraktioun gëtt fir d'Produktioun vu Medikamenter, Nutraceuticals / Nahrungsergänzungen, Parfumen a biologeschen Zousätz benotzt. Ultrasonics ass eng gréng Extraktiounstechnik, déi och fir d'Extraktioun vu bioaktive Komponenten a Bioraffinerien benotzt gëtt, z.B. Verëffentlechung vu wäertvolle Verbindungen aus net-benotzten Nebenproduktstroum geformt an industrielle Prozesser. Ultrasonication ass eng héich effektiv Technologie fir botanesch Extraktioun am Labo a Produktiounsskala.
Klickt hei fir méi Informatiounen iwwer Ultraschallextraktioun!

Sonochemical Applikatioun vun Ultrasonics

Sonochemie ass d'Applikatioun vun Ultraschall op chemesch Reaktiounen a Prozesser. De Mechanismus deen sonochemesch Effekter a Flëssegkeeten verursaacht ass de Phänomen vun der akustescher Kavitatioun. Déi sonochemesch Effekter op chemesch Reaktiounen a Prozesser enthalen Erhéijung vun der Reaktiounsgeschwindegkeet oder Ausgang, méi effizient Energieverbrauch, Leeschtungsverbesserung vu Phasentransfer Katalysatoren, Aktivatioun vu Metaller a Feststoffer oder Erhéijung vun der Reaktivitéit vu Reagenz oder Katalysatoren.
Klickt hei fir méi iwwer déi sonochemesch Effekter vum Ultraschall ze liesen!

Ultraschall Transesterifikatioun vun Ueleg op Biodiesel

Ultrasonication erhéicht d'chemesch Reaktiounsgeschwindegkeet an d'Ausbezuelung vun der Transesterifikatioun vu vegetabelen Ueleger an Déierefetter an Biodiesel. Dëst erlaabt d'Produktioun vu Batchveraarbechtung op kontinuéierlech Flowveraarbechtung z'änneren an et reduzéiert Investitiouns- an Operatiounskäschte. Ee vun de grousse Virdeeler vun der Ultraschall-Biodiesel-Fabrikatioun ass d'Benotzung vun Offallöle wéi verbrauchte Kachöle an aner schlecht Qualitéit Uelegquellen. Ultrasonic Transesterifikatioun kann souguer niddereg-Qualitéit Fudder an héichwäerteg Biodiesel ëmsetzen (Fettsäure Methylester / FAME). D'Fabrikatioun vu Biodiesel aus vegetabelen Ueleger oder Déierefetter beinhalt d'Basiskatalyséiert Transesterifikatioun vu Fettsäuren mat Methanol oder Ethanol fir déi entspriechend Methylester oder Ethylester ze ginn. Ultrasonication kann e Biodiesel Ausbezuelen iwwer 99% erreechen. Ultraschall reduzéiert d'Veraarbechtungszäit an d'Trennungszäit wesentlech.
Klickt hei fir méi iwwer d'Ultraschall assistéiert Transesterifikatioun vun Ueleg a Biodiesel ze liesen!

Ultraschall Entgassing an Entluchtung vu Flëssegkeeten

Entgassing vu Flëssegkeeten ass eng aner wichteg Applikatioun vun Sonde-Typ Ultraschaller. Ultraschall Vibrationen a Kavitatioun verursaachen d'Koaleszenz vu opgeléiste Gasen an enger Flëssegkeet. Wéi d'Minute Gasblasen zesummenzéien, bilden se doduerch méi grouss Blasen, déi séier op d'Uewerfläch vun der Flëssegkeet schwiewen vun do aus kënnen se ewechgeholl ginn. Also, Ultraschall Entgasung an Entlaaschtung kann den Niveau vum opgeléiste Gas ënner dem natierleche Gläichgewiichtniveau reduzéieren.
Klickt hei fir méi iwwer d'Ultraschall Entgasung vu Flëssegkeeten ze liesen!

Ultrasonic Drot, Kabel a Strip Botzen

Ultrasonic Botzen ass eng ëmweltfrëndlech Alternativ fir d'Botzen vun kontinuéierleche Materialien, wéi Drot a Kabel, Band oder Réier. Den Effekt vun der mächteger Ultraschallkavitatioun läscht Schmierreschter wéi Ueleg oder Fett, Seifen, Stearaten oder Stëbs vun der materieller Uewerfläch. Hielscher Ultrasonics bitt verschidde Ultraschallsystemer fir d'Inline Reinigung vu kontinuéierleche Profiler.
Klickt hei fir méi Informatiounen iwwer Ultraschallreinigung vu kontinuéierleche Profiler!

Wat mécht Sonication zu enger Superior Veraarbechtungsmethod?

Sonication, oder d'Benotzung vun héichfrequenz Tounwellen fir Flëssegkeeten ze agitéieren, ass eng effizient Veraarbechtungsmethod aus verschiddene Grënn. Hei sinn e puer Grënn firwat sonication bei héich-Intensitéit an niddereg-Frequenz vun ca. 20kHz ass besonnesch Impakt a avantagéis fir d'Veraarbechtung vu Flëssegkeeten a Schläim:

1. Kavitatioun: Ee vun den Haaptmechanismen vun der Sonikatioun ass d'Schafung an Zesummebroch vu klenge Blasen, e Phänomen genannt Kavitatioun. Bei 20kHz sinn d'Schallwellen op déi richteg Frequenz fir Bubbles effizient ze kreéieren an ze kollapsen. Den Zesummebroch vun dëse Bubbles produzéiert héich Energie Schockwellen, déi Partikel zerbriechen an Zellen an der Flëssegkeet, déi sonikéiert gëtt, stéieren.
2. Schwéngung a Schwéngung: Nieft der generéierter akustescher Kavitatioun erstellt d'Schwéngung vun der Ultraschallsonde zousätzlech Agitatioun a Vermëschung an der Flëssegkeet, doduerch d'Masstransfer an / oder d'Entgasung förderen.
3. Penetratioun: Schallwellen bei 20kHz hunn eng relativ laang Wellelängt, déi et hinnen erlaabt déif an d'Flëssegkeete penetréieren. Ultraschall Kavitatioun ass e lokaliséiert Phänomen, deen an der Ëmgéigend vun der Ultraschallsonde erscheint. Mat enger Erhéijung vun der Distanz zu der Sonde geet d'Kavitatiounsintensitéit erof. Wéi och ëmmer, Sonikatioun bei 20kHz kann effizient méi grouss Volumen vu Flëssegkeet behandelen, am Verglach mat méi héijer Frequenz Sonikatioun déi méi kuerz Wellelängten huet a méi limitéiert ass a senger Penetratiounsdéift.
4. Niddereg Energieverbrauch: Sonication kann mat relativ nidderegen Energieverbrauch erreecht ginn am Verglach mat anere Veraarbechtungsmethoden wéi Héichdrockhomogeniséierung oder mechanesch Rühr. Dëst mécht et eng méi energieeffizient a kosteneffizient Method fir Flëssegkeeten ze veraarbecht.
5. Linear Skalierbarkeet: Ultraschallprozesser kënne komplett linear op méi grouss oder méi kleng Volumen skaléiert ginn. Dëst mécht Prozessadaptatiounen an der Produktioun zouverlässeg well d'Produktqualitéit kontinuéierlech stabil erhale kann.
6. Batch an Inline Flow: Ultrasonication kann als Batch oder als kontinuéierlech Inline Prozesser ausgefouert ginn. Fir d'Sonicatioun vu Chargen gëtt d'Ultraschallsonde an den oppene Behälter oder zouene Batchreaktor agebaut. Fir d'Sonicatioun vun engem kontinuéierleche Stroumstroum gëtt eng Ultraschallflosszelle installéiert. De flëssege Medium passéiert d'Sonotrode (ultraschall vibréierend Staang) an engem eenzege Pass oder Rezirkulatioun an ass héich uniform an effizient op d'Ultraschallwellen ausgesat.

Allgemeng maachen déi intensiv Kräfte vu Kavitatioun, nidderegen Energieverbrauch a Prozessskalierbarkeet eng niddereg Frequenz, High-Power-Sonication eng effizient Method fir Flëssegkeeten ze veraarbecht.

Aarbechtsprinzip a Gebrauch vun Ultraschallveraarbechtung

Ultrasonication ass eng kommerziell Veraarbechtungstechnologie, déi vu villen Industrien fir grouss Produktioun ugeholl gouf. Héich Zouverlässegkeet a Skalabilitéit wéi och niddereg Ënnerhaltskäschte an héich Energieeffizienz maachen Ultraschallprozessoren eng gutt Alternativ fir traditionell Flëssegveraarbechtungsausrüstung. Ultraschall bitt zousätzlech spannend Méiglechkeeten: Kavitatioun - de Basis Ultraschalleffekt - produzéiert eenzegaarteg Resultater a biologeschen, chemeschen a kierperleche Prozesser. Zum Beispill produzéiert d'Ultraschalldispersioun an d'Emulgéierung einfach stabile Nano-Gréisst Formuléierungen. Och am Beräich vun der botanescher Extraktioun ass Ultraschall eng net-thermesch Technik fir bioaktiv Verbindungen ze isoléieren.

Iwwerdeems niddereg-Intensitéit oder héich-Frequenz Ultraschall haaptsächlech fir Analyse benotzt gëtt, net-zerstéierend Testen an Imaging, héich-Intensitéit Ultraschall gëtt fir d'Veraarbechtung vu Flëssegkeeten a Paste benotzt, wou intensiv Ultraschall Wellen benotzt gi fir Mëschung, emulsifying, dispergering an Deagglomeratioun , Zell Desintegratioun oder Enzym Desaktivéierung. Wann sonicating Flëssegkeeten mat héijer Intensitéit, propagéieren d'Schallwellen duerch d'flësseg Medien. Dëst resultéiert an ofwiesselnd Héichdrock (Kompressioun) a Low-Drock (Rarefaktioun) Zyklen, mat Tariffer ofhängeg vun der Frequenz. Wärend dem nidderegen Drockzyklus kreéieren Héichintensitéit Ultraschallwellen kleng Vakuumblasen oder Void an der Flëssegkeet. Wann d'Blasen e Volumen erreechen, bei deem se keng Energie méi absorbéiere kënnen, kollapsen se während engem Héichdrockzyklus hefteg. Dëst Phänomen gëtt Kavitatioun genannt. Bei der Implosioun ginn lokal ganz héich Temperaturen (ongeféier 5.000K) an Drock (ongeféier 2.000atm) erreecht. D'Implosioun vun der Kavitatiounsblase féiert och zu Flëssegstrahlen vu bis zu 280 Meter pro Sekonn Geschwindegkeet.

Ultraschall Kavitatioun a Flëssegkeete kann séier a komplett Entgasung verursaachen; verschidde chemesch Reaktiounen initiéieren andeems se fräi chemesch Ionen (Radikale) generéieren; chemesch Reaktiounen beschleunegen andeems d'Vermëschung vu Reaktanten erliichtert gëtt; d'Polymeriséierung an d'Depolymeriséierungsreaktiounen verbesseren andeems d'Aggregate verdeelen oder duerch permanent chemesch Bindungen an polymeresche Ketten briechen; Erhéijung vun der Emulgatiounsraten; Diffusiounsraten verbesseren; héich konzentréiert Emulsiounen oder eenheetlech Dispersiounen vu Mikrongréisst oder Nano-Gréisst Materialien produzéieren; hëllefen d'Extraktioun vu Substanzen wéi Enzymen aus Déieren, Planzen, Hefen oder Bakterienzellen; Entfernung vu Viren aus infizéierte Gewëss; a schlussendlech, erodéieren an ufälleg Partikel ofbriechen, dorënner Mikroorganismen. (cf. Kuldiloke 2002)

Héich-Intensitéit Ultraschall produzéiert gewalteg Agitatioun an niddreg Viskositéit Flëssegkeeten, déi benotzt kënne fir Materialien a Flëssegkeeten ze verdeelen. (cf. Ensminger, 1988) Bei flëssege/festen oder gas/feste Schnëttplazen kann déi asymmetresch Implosioun vu Kavitatiounsblasen extrem Turbulenzen verursaachen, déi d'Diffusiounsgrenzschicht reduzéieren, d'Konvektiounsmassetransfer erhéijen an d'Diffusioun an de Systemer wesentlech beschleunegen, wou normal Mëschung ass. net méiglech. (cf. Nyborg, 1965)

Literatur