Großtechnischer Einsatz der Sonochemie

Mit der Entwicklung von industrietauglichen Ultraschallreaktoren und –Spezialwandlern können die aus der Laborpraxis bekannten Effekte und Prozesse in industrielle Dimensionen umgesetzt werden.

Aufgrund der einzigartigen und ultraschallspezifischen Wirkungen – vor allem die Kavitation – gibt es aber inzwischen eine Vielzahl von Prozessen, die nur mit Ultraschall funktionieren und solche, bei denen die Effektivität mit Ultraschall erheblich gesteigert werden kann.

Dazu gehören insbesondere,: Entgasungsprozesse, die Herstellung von Emulsionen / Suspensionen, die Beschleunigung chemischer / elektrochemischer Reaktionen, biotechnologische Fermentations- und Aufbereitungsverfahren.

In der Getränkeindustrie wird am Ende des Abfüllprozesses bei der Herstellung kohlensäurehaltiger Produkte die Verschlussdichtigkeit jeder Flasche geprüft. Dazu läuft das Förderband mit den Flaschen durch eine sog. „Entgasungswanne“, die mit leistungsstarken Spezialtauchschwingern ausgerüstet ist. Ein schäumender Verschluss wird optisch detektiert und die Flasche automatisch ausgeschleust.

Bei der Herstellung von Filmmaterial werden hochviskose Gelatine-Gießlösungen auf ein spezifisches Trägermaterial aufgebracht. Die Gießlösung muss dabei sehr homogen und völlig gasfrei sein, damit fotografische Abbildungen nicht verfälscht werden. Zum effektiven Austreiben mikrofeiner Gasbläschen vor dem Beschichten wird deshalb die Gießlösung durch einen Ultraschallreaktor geleitet. Aufkommende Bläschen werden über ein Vakuum-Entgasungsmodul abgesaugt.

In der Textilindustrie werden in Kontinue-Färbeanlagen hochwertige Bänder aus Polyamid, Polyester und Naturfasern für Damenunterwäsche, Reißverschlüsse, Autogurte etc. verarbeitet. Zur intensiven Fixierung der Farbe und Erhöhung der Eindringtiefe in die Fasern werden leistungsstarke Tauchschwinger in so genannten Farbflotten und auch mit Ultraschall-Schwingsystemen bestückte Foulardbecken verwendet. Durch Wegfall des Nachfärbens und besserer Farb- und Waschechtheit steigt die Erzeugnisqualität und die Kosten werden reduziert.

Im Vorprozess bei der Parfümherstellung ist eine Homogenisierung der Stärkeemulsion sehr wichtig. Hier werden auch Ultraschall-Rohrreaktoren im Durchflussbetrieb eingesetzt. Der entscheidende Duftträger wird erst am Ende des Prozesses in einer nachgeschalteten Mischkammer zugesetzt

 

Bei der Herstellung von hochwertigen Druckerpapieren, wie zum Beispiel Hochglanzpapier für Fotozwecke etc., werden bevorzugt keramische Feinstdispersionen mit Nanopartikeln eingesetzt. Zur Intensivbeschallung dieser Dispersionen im durchgehenden Produktionsprozess eignen sich besonders Rohrreaktoren mit einem Durchmesser von 50 mm.Auch bei Herstellung hochwertiger Druckertinten für Tintenstrahldrucker kommen Sonoreaktoren zum Einsatz. Hier dienen sie allerdings hauptsächlich zur sicheren Entgasung von Mikrobläschen in der Tintenlösung, die hoch auflösende Ausdrucke verfälschen würden.

In der chemischen Verfahrenstechnik werden Ultraschallkomponenten zur Ingangsetzung oder auch Beschleunigung von chemischen Reaktionen eingesetzt. Aufgrund der außergewöhnlich hohen Temperaturen von über 5.500 Grad Celsius im Inneren der feinsten Kavitationsblasen kommt es zu chemischen Umwandlungen, die sonst nicht ohne externe Energiezufuhr ablaufen würden. Zum Beispiel können Ultraschallreaktoren bei den sehr zeitaufwendigen Semi-Batchprozessen zur Herstellung metallorganischer Grignardverbindungen deutlich zur Beschleunigung der chemischen Umsetzung beitragen.

 

Leistungsstarke Ultraschallreaktoren werden außerdem in Bereichen der Biotechnologie und Abwasseraufbereitung erfolgreich eingesetzt. Beispielhaft sei hier der differenzierte Einsatz in Kläranlagen angeführt, durch den nachweisbar eine Verbesserung der Schlammeigenschaften hinsichtlich Faulung (Faulgasgewinnung), Sedimentation und Entwässerung erzielt wird. Ein wirtschaftlicher Einsatz von Ultraschallreaktoren in Klärwerken ist insbesondere für überlastete und problembehaftete Klärwerke sinnvoll. Aufgrund der vergrößerten Oberfläche der Schlammpartikel kann die Biomasse schneller abgebaut und der Biogasertrag gesteigert werden.