Hielscher Ultrasonics
Radi prediskutujeme váš proces.
Zavolajte nám: +49 3328 437-420
Napíšte nám: info@hielscher.com

Ultrazvuk: Aplikácie a procesy

Ultrazvuk je metóda mechanického spracovania, ktorá vytvára akustickú kavitáciu a vysoko intenzívne fyzikálne sily. Preto sa ultrazvuk používa na množstvo aplikácií, ako je miešanie, homogenizácia, mletie, disperzia, emulgácia, extrakcia, odplyňovanie a sonochemické reakcie.
Nižšie sa dozviete všetko o typických ultrazvukových aplikáciách a procesoch.

ultrazvuková homogenizácia

Ultrazvukový homogenizátor UP400St 400 wattov na sonikáciu kadičiek a dávok.Ultrazvukové homogenizátory redukujú malé častice v kvapaline, aby sa zlepšila rovnomernosť a stabilita disperzie. Častice (disperzná fáza) môžu byť pevné látky alebo kvapôčky kvapaliny suspendované v kvapalnej fáze. Ultrazvuková homogenizácia je veľmi účinná na redukciu mäkkých a tvrdých častíc. Hielscher vyrába ultrazvukové prístroje na homogenizáciu akéhokoľvek objemu kvapaliny a na dávkové alebo inline spracovanie. Laboratórne ultrazvukové prístroje je možné použiť pre objemy od 1,5 ml do cca. 4 l. Ultrazvukové priemyselné zariadenia dokážu pri vývoji procesov a komerčnej výrobe spracovávať dávky od 0,5 do cca. 2000 l alebo prietoky od 0,1 l do 20 metrov kubických za hodinu.
Kliknite sem a prečítajte si viac o ultrazvukovej homogenizácii!

Ultrazvuková dispergácia a deaglomerácia

Ultrazvuk narúša pevné častice prostredníctvom akustickej kavitácie.Disperzia a deaglomerácia pevných látok na kvapaliny je dôležitou aplikáciou ultrazvukových prístrojov sondového typu. Ultrazvuková / akustická kavitácia vytvára vysoké šmykové sily, ktoré rozbíjajú aglomeráty častíc na jednotlivé, jednotlivé rozptýlené častice. Miešanie práškov do tekutín je bežným krokom pri formulácii rôznych produktov, ako sú farby, laky, kozmetické výrobky, potraviny a nápoje alebo leštiace médiá. Jednotlivé častice sú držané pohromade príťažlivými silami rôznej fyzikálnej a chemickej povahy, vrátane van-der-Waalsových síl a povrchového napätia kvapaliny. Ultrazvuk prekonáva tieto príťažlivé sily, aby deaglomeroval a rozptýlil častice v kvapalnom médiu. Na dispergáciu a deaglomeráciu práškov v kvapalinách je ultrazvuk s vysokou intenzitou zaujímavou alternatívou k vysokotlakovým homogenizátorom, vysokošmykovým miešačkám, guľôčkovým mlynom alebo rotorovým statorovým miešačom.
Kliknite sem a prečítajte si viac o ultrazvukovej dispergácii a deaglomerácii!

Video demonštruje ultrazvukovú disperziu červenej farby pomocou UP400St so sondou S24d 22 mm.

Ultrazvuková disperzia červenej farby pomocou UP400St

Miniatúra videa

Ultrazvuková emulgácia

Ultrazvuk je vysoko účinná metóda na výrobu nanoemulzií.Široká škála medziproduktov a spotrebných produktov, ako sú kozmetika a pleťové vody, farmaceutické masti, laky, farby a mazivá a palivá, je úplne alebo čiastočne založená na emulziách. Emulzie sú disperzie dvoch alebo viacerých nemiešateľných kvapalných fáz. Vysoko intenzívny ultrazvuk dodáva dostatok intenzívneho strihu na rozptýlenie kvapalnej fázy (dispergovaná fáza) v malých kvapôčkach v druhej fáze (kontinuálna fáza). V dispergačnej zóne spôsobujú implodujúce kavitačné bubliny intenzívne rázové vlny v okolitej kvapaline a vedú k tvorbe kvapalných prúdov s vysokou rýchlosťou kvapaliny (vysoký strih). Ultrazvuk je možné presne prispôsobiť cieľovej veľkosti emulzie, čo umožňuje spoľahlivú výrobu mikroemulzií a nanoemulzií.
Kliknite sem a prečítajte si viac o ultrazvukovej emulgácii!

Ultrazvukový homogenizátor UIP1000hdT na miešanie, disperziu, emulgáciu a extrakciu.

The UIP1000hdT je 1000 wattový výkonný ultrazvuk pre homogenizačné, mletie a extrakčné aplikácie.

Žiadosť o informácie







Ultrazvukové mokré frézovanie a brúsenie

Ultrazvuk je účinný prostriedok na mokré mletie a mikromletie častíc. Najmä pri výrobe superjemných suspenzií má ultrazvuk mnoho výhod. Je lepší ako tradičné zariadenia na zmenšovanie veľkosti, ako sú: koloidné mlyny (napr. guľové mlyny, guľôčkové mlyny), diskové mlyny alebo prúdové mlyny. Ultrazvukom je možné spracovať suspenzie s vysokou koncentráciou a vysokou viskozitou, čím sa zníži objem, ktorý sa má spracovať. Ultrazvukové frézovanie je samozrejme vhodné na spracovanie materiálov veľkosti mikrónov a nanoveľkosti, ako je keramika, pigmenty, síran bárnatý, uhličitan vápenatý alebo oxidy kovov. Najmä pokiaľ ide o nanomateriály, ultrazvuk vyniká výkonom, pretože jeho vysoko pôsobiace šmykové sily vytvárajú rovnomerne malé nanočastice.
Kliknite sem a prečítajte si viac o ultrazvukovom mokrom frézovaní a mikrobrúsení!

Častice oxidu titaničitého TiO2 po ultrazvukovom mletí vykazujú drasticky zmenšený priemer a úzku distribúciu veľkosti.

Rozprašovaním sušený TiO2 pred a po ultrazvukovom frézovaní

Ultrazvukový rozpad a lýza buniek

Ultrazvukom asistovaná extrakcia zlúčenín z bylín pomocou ultrazvukového procesora UP200SUltrazvukové ošetrenie môže rozložiť vláknitý celulózový materiál na jemné častice a rozbiť steny bunkovej štruktúry. Tým sa do kvapaliny uvoľní viac vnútrobunkového materiálu, ako je škrob alebo cukor. Tento efekt sa môže použiť na fermentáciu, trávenie a iné procesy premeny organických látok. Po mletí a mletí ultrazvukom sa enzýmom, ktoré premieňajú škrob na cukry, sprístupňuje viac vnútrobunkového materiálu, napr. škrobu, ako aj zvyškov bunkovej steny. Zväčšuje tiež povrchovú plochu vystavenú enzýmom počas skvapalňovania alebo cukornatenia. To zvyčajne zvyšuje rýchlosť a výťažnosť kvasinkovej fermentácie a iných procesov konverzie, napr. na zvýšenie výroby etanolu z biomasy.
Kliknite sem a prečítajte si viac o ultrazvukovom rozpade bunkových štruktúr!

ultrazvuková extrakcia rastlinných látok

Extrakcia bioaktívnych zlúčenín uložených v bunkách a subcelulárnych časticiach je široko používanou aplikáciou ultrazvuku s vysokou intenzitou. Ultrazvuková extrakcia sa používa na izoláciu sekundárnych metabolitov (napr. polyfenolov), polysacharidov, bielkovín, éterických olejov a ďalších účinných látok z bunkovej matrice rastlín a húb. Sonikácia je vhodná na extrakciu organických zlúčenín vodou a rozpúšťadlom, výrazne zlepšuje výnos rastlinných látok obsiahnutých v rastlinách alebo semenách. Ultrazvuková extrakcia sa používa na výrobu liečiv, nutraceutík / výživových doplnkov, vôní a biologických prísad. Ultrazvuk je ekologická extrakčná technika, ktorá sa používa aj na extrakciu bioaktívnych zložiek v biorafinériách, napr. uvoľňuje cenné zlúčeniny z nevyužitých vedľajších produktov vznikajúcich v priemyselných procesoch. Ultrazvuk je vysoko účinná technológia na botanickú extrakciu v laboratórnom a výrobnom meradle.
Kliknite sem pre viac informácií o ultrazvukovej extrakcii!

Ultrazvuková botanická extrakcia poskytuje vyššie výnosy. Homogenizátor Hielscher UIP2000hdT, 2000 W je dostatočne výkonný na to, aby ľahko extrahoval dávky od 10 litrov do 120 litrov.

Ultrazvuková extrakcia rastlinných látok - dávka 30 litrov / 8 galónov

Miniatúra videa

Je známe, že ultrazvuk zlepšuje transesterifikačné reakcie, čím poskytuje napr. vyššie metylestery a polyoly. Spoločnosť Hielscher Ultrasonics vyrába priemyselné ultrazvukové sondy a reaktory pre vysokú výkonnosť.

Ultrazvukový reaktor s výkonom 16 000 W pre ultrazvukom vylepšené spracovanie kvapalín.

Sonochemická aplikácia ultrazvuku

cavitation_2_p0200Sonochémia je aplikácia ultrazvuku na chemické reakcie a procesy. Mechanizmus spôsobujúci sonochemické účinky v kvapalinách je fenomén akustickej kavitácie. Sonochemické účinky na chemické reakcie a procesy zahŕňajú zvýšenie reakčnej rýchlosti alebo výkonu, efektívnejšie využitie energie, zlepšenie výkonu katalyzátorov fázového prenosu, aktiváciu kovov a pevných látok alebo zvýšenie reaktivity činidiel alebo katalyzátorov.
Kliknite sem a prečítajte si viac o sonochemických účinkoch ultrazvuku!

Ultrazvuková transesterifikácia oleja na bionaftu

Ultrazvuk zvyšuje rýchlosť chemickej reakcie a výťažok transesterifikácie rastlinných olejov a živočíšnych tukov na bionaftu. To umožňuje zmenu výroby zo sériového spracovania na kontinuálne prietokové spracovanie a znižuje investičné a prevádzkové náklady. Jednou z hlavných výhod ultrazvukovej výroby bionafty je použitie odpadových olejov, ako sú použité kuchynské oleje a iné nekvalitné zdroje oleja. Ultrazvuková transesterifikácia dokáže premeniť aj nekvalitnú surovinu na vysokokvalitnú bionaftu (metylester mastných kyselín / FAME). Výroba bionafty z rastlinných olejov alebo živočíšnych tukov zahŕňa bázou katalyzovanú transesterifikáciu mastných kyselín metanolom alebo etanolom za vzniku zodpovedajúcich metylesterov alebo etylesterov. Ultrazvukom sa môže dosiahnuť výťažok bionafty vyšší ako 99 %. Ultrazvuk výrazne skracuje čas spracovania a čas separácie.
Kliknite sem a prečítajte si viac o ultrazvukom asistovanej transesterifikácii oleja na bionaftu!

Ultrazvukové odplyňovanie a odvzdušňovanie kvapalín

Odplyňovanie kvapalín je ďalšou dôležitou aplikáciou ultrazvukových prístrojov sondového typu. Ultrazvukové vibrácie a kavitácia spôsobujú koalescenciu rozpustených plynov v kvapaline. Keď sa drobné bubliny plynu spoja, vytvárajú väčšie bubliny, ktoré rýchlo plávajú na horný povrch kvapaliny, odtiaľ sa dajú odstrániť. Ultrazvukové odplyňovanie a odvzdušňovanie teda môže znížiť hladinu rozpusteného plynu pod úroveň prirodzenej rovnováhy.
Kliknite sem a prečítajte si viac o ultrazvukovom odplyňovaní kvapalín!

Toto video demonštruje účinné odplyňovanie viskózneho oleja (40 cP). Ultrazvuk odstraňuje malé suspendované bubliny plynu z kvapaliny a znižuje hladinu rozpusteného plynu pod úroveň prirodzenej rovnováhy.

Ultrazvukové inline odplyňovanie & Odpeňovanie oleja (40cP)

Miniatúra videa

Ultrazvukové čistenie drôtov, káblov a pásov

cievka káblaUltrazvukové čistenie je ekologickou alternatívou na čistenie súvislých materiálov, ako sú drôty a káble, pásky alebo rúrky. Účinok výkonnej ultrazvukovej kavitácie odstraňuje z povrchu materiálu zvyšky maziva, ako je olej alebo mastnota, mydlá, stearáty alebo prach. Spoločnosť Hielscher Ultrasonics ponúka rôzne ultrazvukové systémy na inline čistenie kontinuálnych profilov.
Kliknite sem pre viac informácií o ultrazvukovom čistení kontinuálnych profilov!

Kontaktujte nás! / Opýtajte sa nás!

Požiadajte o ďalšie informácie

Pomocou nižšie uvedeného formulára si môžete vyžiadať ďalšie informácie o ultrazvukových procesoroch, aplikáciách a cene. Radi s vami prediskutujeme váš proces a ponúkneme vám ultrazvukový systém spĺňajúci vaše požiadavky!









Vezmite prosím na vedomie naše Zásady ochrany osobných údajov.




Čo robí sonikáciu vynikajúcou metódou spracovania?

Sonikacia alebo použitie vysokofrekvenčných zvukových vĺn na miešanie tekutín je efektívna metóda spracovania z rôznych dôvodov. Tu je niekoľko dôvodov, prečo je sonikacia pri vysokej intenzite a nízkej frekvencii cca. 20 kHz obzvlášť účinná a výhodná pri spracovaní kvapalín a suspenzií:

  1. Kavitácie: Jedným z hlavných mechanizmov sonikácie je vytváranie a kolaps malých bublín, jav nazývaný kavitácia. Pri 20 kHz sú zvukové vlny na správnej frekvencii na efektívne vytváranie a zrútenie bublín. Kolaps týchto bublín vytvára vysokoenergetické rázové vlny, ktoré môžu rozložiť častice a narušiť bunky v sonikovanej kvapaline.
  2. Oscilácia a vibrácie: Okrem generovanej akustické kavitácie vytvára oscilácia ultrazvukovej sondy ďalšie miešanie a miešanie v kvapaline, čím podporuje prenos hmoty a/alebo odplyňovanie.
  3. Prenikanie: Zvukové vlny pri 20 kHz majú relatívne dlhú vlnovú dĺžku, čo im umožňuje preniknúť hlboko do kvapalín. Ultrazvuková kavitácia je lokalizačný jav, ktorý sa objavuje v okolí ultrazvukovej sondy. So zvyšujúcou sa vzdialenosťou od sondy sa intenzita kavitácie znižuje. Sonikacia pri 20 kHz však môže efektívne liečiť väčšie objemy kvapaliny v porovnaní s vysokofrekvenčnou sonikaciou, ktorá má kratšie vlnové dĺžky a môže byť obmedzenejšia v hĺbke prieniku.
  4. Nízka spotreba energie: Sonikáciu je možné dosiahnuť s relatívne nízkou spotrebou energie v porovnaní s inými metódami spracovania, ako je vysokotlaková homogenizácia alebo mechanické miešanie. Vďaka tomu je energeticky efektívnejšou a nákladovo efektívnejšou metódou spracovania kvapalín.
  5. Lineárna škálovateľnosť: Ultrazvukové procesy je možné škálovať úplne lineárne na väčšie alebo menšie objemy. Vďaka tomu sú prispôsobenia procesov vo výrobe spoľahlivé, pretože kvalita produktu môže byť udržiavaná nepretržite stabilná.
  6. Dávkový a inline tok: Ultrazvuk sa môže vykonávať ako dávka alebo ako kontinuálne inline procesy. Na sonikáciu šarží sa ultrazvuková sonda vloží do otvorenej nádoby alebo uzavretého dávkového reaktora. Na sonikáciu nepretržitého prietokového prúdu je nainštalovaná ultrazvuková prietoková bunka. Kvapalné médium prechádza sonotródou (ultrazvukovo vibračnou tyčinkou) v jednom prechode alebo recirkulácii a je vysoko rovnomerné a účinné vystavené ultrazvukovým vlnám.

Celkovo intenzívne sily kavitácie, nízka spotreba energie a škálovateľnosť procesu robia z nízkofrekvenčnej a vysokovýkonnej sonikácie efektívnu metódu spracovania kvapalín.

Princíp činnosti a použitie ultrazvukového spracovania

Ultrazvuk je komerčná technológia spracovania, ktorú prijali mnohé priemyselné odvetvia na výrobu vo veľkom meradle. Vysoká spoľahlivosť a škálovateľnosť, ako aj nízke náklady na údržbu a vysoká energetická účinnosť robia z ultrazvukových procesorov dobrú alternatívu pre tradičné zariadenia na spracovanie kvapalín. Ultrazvuk ponúka ďalšie vzrušujúce príležitosti: Kavitácia – základný ultrazvukový efekt – prináša jedinečné výsledky v biologických, chemických a fyzikálnych procesoch. Napríklad ultrazvuková disperzia a emulgácia ľahko vytvárajú stabilné formulácie nanoveľkosti. Aj v oblasti botanickej extrakcie je ultrazvuk netepelnou technikou na izoláciu bioaktívnych zlúčenín.

Zatiaľ čo ultrazvuk s nízkou intenzitou alebo vysokou frekvenciou sa používa hlavne na analýzu, nedeštruktívne testovanie a zobrazovanie, ultrazvuk s vysokou intenzitou sa používa na spracovanie kvapalín a pást, kde sa intenzívne ultrazvukové vlny používajú na miešanie, emulgáciu, dispergáciu a deaglomeráciu, rozpad buniek alebo deaktiváciu enzýmov. Pri sonikovaní tekutín pri vysokej intenzite sa zvukové vlny šíria cez kvapalné médium. Výsledkom sú striedavé vysokotlakové (kompresné) a nízkotlakové (zriedené) cykly s rýchlosťami v závislosti od frekvencie. Počas nízkotlakového cyklu vytvárajú ultrazvukové vlny s vysokou intenzitou malé vákuové bubliny alebo dutiny v kvapaline. Keď bubliny dosiahnu objem, pri ktorom už nemôžu absorbovať energiu, prudko sa zrútia počas vysokotlakového cyklu. Tento jav sa nazýva kavitácia. Počas implózie sa lokálne dosahujú veľmi vysoké teploty (cca 5 000 K) a tlaky (cca 2 000 atm). Implózia kavitačnej bubliny má za následok aj kvapalné prúdy s rýchlosťou až 280 metrov za sekundu.

Ultrazvuková kavitácia v kvapalinách môže spôsobiť rýchle a úplné odplynenie; iniciovať rôzne chemické reakcie vytváraním voľných chemických iónov (radikálov); urýchliť chemické reakcie uľahčením miešania reaktantov; zlepšiť polymerizačné a depolymerizačné reakcie dispergovaním agregátov alebo trvalým rozbitím chemických väzieb v polymérnych reťazcoch; zvýšiť rýchlosť emulgácie; zlepšiť rýchlosť difúzie; produkovať vysoko koncentrované emulzie alebo rovnomerné disperzie materiálov veľkosti mikrónov alebo nanoveľkosti; pomáhať pri extrakcii látok, ako sú enzýmy zo živočíšnych, rastlinných, kvasinkových alebo bakteriálnych buniek; odstrániť vírusy z infikovaného tkaniva; a nakoniec erodovať a rozkladať citlivé častice vrátane mikroorganizmov. (porovnaj Kuldiloke 2002)

Ultrazvuk s vysokou intenzitou vytvára prudké miešanie v kvapalinách s nízkou viskozitou, ktoré možno použiť na rozptýlenie materiálov v kvapalinách. (porovnaj Ensminger, 1988) Na rozhraní kvapalina/pevná látka alebo plyn/pevná látka môže asymetrická implózia kavitačných bublín spôsobiť extrémne turbulencie, ktoré znižujú difúznu hraničnú vrstvu, zvyšujú prenos konvekčnej hmoty a výrazne urýchľujú difúziu v systémoch, kde nie je možné bežné miešanie. (porovnaj Nyborg, 1965)

Výkonná ultrazvuková kavitácia v spoločnosti Hielscher Cascatrode

Výkonná ultrazvuková kavitácia v spoločnosti Hielscher Cascatrode



Literatúra

Ultrazvukový reaktor na chemickú syntézu, napr. transesterifikáciu, esterifikáciu alebo acetylačné procesy.

Ultrazvukový reaktor so 4x 2000 W sondami (8kW) pre sonochemické procesy.


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.

Spoločnosť Hielscher Ultrasonics vyrába vysokovýkonné ultrazvukové homogenizátory od laboratórium do priemyselná veľkosť.

Radi prediskutujeme váš proces.

Let's get in contact.