Ultrasəs: Tətbiqlər və Proseslər

Ultrasonikasiya akustik kavitasiya və yüksək intensiv fiziki qüvvələr yaradan mexaniki emal üsuludur. Buna görə də, ultrasəs qarışdırma, homogenləşdirmə, frezeleme, dispersiya, emulsiya, ekstraksiya, deqazasiya və sono-kimyəvi reaksiyalar kimi çoxsaylı tətbiqlər üçün istifadə olunur.
Aşağıda tipik ultrasəs tətbiqləri və prosesləri haqqında hər şeyi öyrənəcəksiniz.

ultrasəs homojenləşdirmə

Ultrasonik homojenizatorlar vahidliyi və dispersiya sabitliyini yaxşılaşdırmaq üçün mayedəki kiçik hissəcikləri azaldır. Hissəciklər (dispers faza) maye fazada dayandırılmış bərk və ya maye damlacıqlar ola bilər. Ultrasonik homojenləşdirmə yumşaq və sərt hissəciklərin azaldılması üçün çox səmərəlidir. Hielscher, hər hansı bir maye həcminin homogenləşdirilməsi və toplu və ya inline emal üçün ultrasonikatorlar istehsal edir. Laboratoriya ultrasəs cihazları 1,5 ml-dən təqribən həcmlərə qədər istifadə edilə bilər. 4L. Ultrasəs sənaye cihazları 0,5-dən təqribən partiyaları emal edə bilər. 2000L və ya proses inkişafında və kommersiya istehsalında saatda 0,1L-dən 20 kubmetrə qədər axın sürəti.
Ultrasonik homogenləşdirmə haqqında daha çox oxumaq üçün buraya basın!

Ultrasonik dispersiya və deaqlomerasiya

Bərk maddələrin mayelərə yayılması və deagglomerasiyası zond tipli ultrasəs aparatlarının mühüm tətbiqidir. Ultrasəs / akustik kavitasiya hissəciklərin yığılmalarını fərdi, tək dağılmış hissəciklərə parçalayan yüksək kəsmə qüvvələri yaradır. Tozların mayelərə qarışdırılması boya, lak, kosmetik məhsullar, qida və içkilər və ya cilalama vasitələri kimi müxtəlif məhsulların hazırlanmasında ümumi addımdır. Fərdi hissəciklər müxtəlif fiziki və kimyəvi təbiətli cazibə qüvvələri, o cümlədən van-der-Vaals qüvvələri və maye səthi gərginliyi ilə bir yerdə saxlanılır. Ultrasonikasiya maye mühitdə hissəcikləri deaglomerasiya etmək və dağıtmaq üçün bu cazibə qüvvələrinin öhdəsindən gəlir. Mayelərdə tozların dağıdılması və deagglomerasiyası üçün yüksək intensivlikli ultrasəs yüksək təzyiqli homogenizatorlara, yüksək kəsici mikserlərə, muncuq dəyirmanlarına və ya rotor-stator-mikserlərə maraqlı alternativdir.
Ultrasonik dispersiya və deaqlomerasiya haqqında daha çox oxumaq üçün bura klikləyin!

Ultrasonik emulsiya

Kosmetika və dəri losyonları, əczaçılıq məlhəmləri, laklar, boyalar və sürtkü yağları və yanacaq kimi aralıq və istehlak məhsullarının geniş çeşidi tamamilə və ya qismən emulsiyalara əsaslanır. Emulsiyalar iki və ya daha çox qarışmayan maye fazalarının dispersiyalarıdır. Yüksək intensiv ultrasəs ikinci fazada (davamlı faza) kiçik damcılarda maye fazı (dispers faza) dağıtmaq üçün kifayət qədər intensiv kəsmə təmin edir. Dağılma zonasında partlayan kavitasiya qabarcıqları ətrafdakı mayedə intensiv şok dalğalarına səbəb olur və nəticədə yüksək maye sürəti (yüksək kəsilmə) olan maye jetləri əmələ gəlir. Ultrasonikasiya hədəf emulsiya ölçüsünə dəqiq uyğunlaşdırıla bilər və bununla da mikro-emulsiyaların və nano-emulsiyaların etibarlı istehsalına imkan verir.
Ultrasəs emulsifikasiyası haqqında daha çox oxumaq üçün buraya basın!

Ultrasonik Yaş Frezeleme və Taşlama

Ultrasonication hissəciklərin yaş frezeleme və mikro üyüdülməsi üçün səmərəli vasitədir. Xüsusilə çox incə ölçülü şlamların istehsalı üçün ultrasəs bir çox üstünlüklərə malikdir. Kolloid dəyirmanlar (məsələn, bilyalı dəyirmanlar, muncuq dəyirmanları), disk dəyirmanları və ya reaktiv dəyirmanlar kimi ənənəvi ölçü ixtisar avadanlıqlarından üstündür. Ultrasonication yüksək konsentrasiyalı və yüksək özlülüklü şlamları emal edə bilər - buna görə də emal ediləcək həcmi azaldır. Əlbəttə ki, ultrasəs frezeleme keramika, piqmentlər, barium sulfat, kalsium karbonat və ya metal oksidləri kimi mikron ölçülü və nano ölçülü materialların emalı üçün uygundur. Xüsusilə nano-materiallara gəldikdə, ultrasəsləmə performans baxımından üstündür, çünki onun yüksək təsirli kəsmə qüvvələri vahid kiçik nanohissəciklər yaradır.
Ultrasonik yaş frezeleme və mikro üyütmə haqqında daha çox oxumaq üçün buraya basın!

Ultrasəs frezelemeden əvvəl və sonra sprey ilə qurudulmuş TiO2

Ultrasonik Hüceyrələrin Parçalanması və Lizis

Ultrasonik müalicə lifli, sellüloz materialı incə hissəciklərə parçalaya və hüceyrə quruluşunun divarlarını qıra bilər. Bu, nişasta və ya şəkər kimi hüceyrədaxili materialın daha çoxunu mayeyə buraxır. Bu təsir fermentasiya, həzm və üzvi maddələrin digər çevrilmə prosesləri üçün istifadə edilə bilər. Freze və üyüdüldükdən sonra ultrasəs daha çox hüceyrədaxili materialı, məsələn, nişasta və nişastanı şəkərə çevirən fermentlər üçün mövcud olan hüceyrə divarının zibilini yaradır. O, həmçinin mayeləşdirmə və ya şəkərləşmə zamanı fermentlərə məruz qalan səth sahəsini artırır. Bu, adətən, maya fermentasiyasının və digər çevrilmə proseslərinin sürətini və məhsuldarlığını artırır, məsələn, biokütlədən etanol istehsalını artırmaq üçün.
Hüceyrə strukturlarının ultrasəs parçalanması haqqında daha çox oxumaq üçün bura klikləyin!

Bitki mənşəli maddələrin ultrasəs çıxarılması

Hüceyrələrdə və hüceyrəaltı hissəciklərdə saxlanılan bioaktiv birləşmələrin çıxarılması yüksək intensivlikli ultrasəsin geniş istifadə olunan tətbiqidir. Ultrasonik ekstraksiya bitkilərin və göbələklərin hüceyrə matrisindən ikincil metabolitləri (məsələn, polifenollar), polisaxaridləri, zülalları, efir yağlarını və digər aktiv maddələri təcrid etmək üçün istifadə olunur. Üzvi birləşmələrin su və həlledici ilə çıxarılması üçün uyğundur, sonikasiya bitkilərin və ya toxumların tərkibində olan botanika məhsullarının məhsuldarlığını əhəmiyyətli dərəcədə yaxşılaşdırır. Ultrasonik ekstraksiya əczaçılıq məhsulları, qidalandırıcılar / qida əlavələri, ətirlər və bioloji əlavələrin istehsalı üçün istifadə olunur. Ultrasonics, həmçinin biorefinerilərdə bioaktiv komponentlərin çıxarılması üçün istifadə edilən yaşıl hasilat üsuludur, məsələn, sənaye proseslərində əmələ gələn istifadə olunmayan yan məhsul axınlarından qiymətli birləşmələri buraxır. Ultrasonication laboratoriya və istehsal miqyasında botanika hasilatı üçün yüksək effektiv texnologiyadır.
Ultrasonik ekstraksiya haqqında daha çox məlumat üçün buraya basın!

Ultrasoniklərin sonokimyəvi tətbiqi

Sonokimya kimyəvi reaksiyalara və proseslərə ultrasəsin tətbiqidir. Mayelərdə sonokimyəvi təsirlərə səbəb olan mexanizm akustik kavitasiya hadisəsidir. Kimyəvi reaksiyalara və proseslərə sonokimyəvi təsirlərə reaksiya sürətinin və ya çıxışının artması, daha səmərəli enerji istifadəsi, faza transfer katalizatorlarının performansının yaxşılaşdırılması, metalların və bərk maddələrin aktivləşdirilməsi və ya reagentlərin və ya katalizatorların reaktivliyinin artması daxildir.
Ultrasəsin sonokimyəvi təsirləri haqqında daha çox oxumaq üçün buraya basın!

Neftin biodizelə ultrasəs transesterifikasiyası

Ultrasonikasiya kimyəvi reaksiya sürətini və bitki yağlarının və heyvan mənşəli yağların biodizeldə transesterifikasiyasının məhsuldarlığını artırır. Bu, istehsalı toplu emaldan davamlı axın emalına dəyişməyə imkan verir və investisiya və əməliyyat xərclərini azaldır. Ultrasəs biodizel istehsalının əsas üstünlüklərindən biri, işlənmiş yemək yağları və digər keyfiyyətsiz yağ mənbələri kimi tullantı yağlarının istifadəsidir. Ultrasonik transesterifikasiya hətta aşağı keyfiyyətli xammalı yüksək keyfiyyətli biodizelə (yağ turşusu metil esteri / FAME) çevirə bilər. Bitki yağlarından və ya heyvan mənşəli yağlardan biodizel istehsalı müvafiq metil efirləri və ya etil efirləri vermək üçün yağ turşularının metanol və ya etanol ilə əsas katalizli transesterifikasiyasını nəzərdə tutur. Ultrasonication 99%-dən çox biodizel gəlir əldə edə bilər. Ultrasəs emal müddətini və ayrılma vaxtını əhəmiyyətli dərəcədə azaldır.
Neftin biodizeldə ultrasəs köməyi ilə transesterifikasiyası haqqında daha çox oxumaq üçün buraya klikləyin!

Mayelərin ultrasəs deqazasiyası və deaerasiyası

Mayelərin qazsızlaşdırılması prob tipli ultrasəs aparatlarının digər mühüm tətbiqidir. Ultrasonik vibrasiya və kavitasiya mayedə həll olunmuş qazların birləşməsinə səbəb olur. Dəqiqə qaz baloncukları birləşdikcə, onlar mayenin yuxarı səthinə sürətlə üzən daha böyük baloncuklar meydana gətirirlər, oradan çıxarıla bilər. Beləliklə, ultrasəs deqazasiya və deaerasiya həll olunmuş qazın səviyyəsini təbii tarazlıq səviyyəsindən aşağı sala bilər.
Mayelərin ultrasəs deqazasiyası haqqında daha çox oxumaq üçün buraya basın!

Ultrasonik Tel, Kabel və Şerit Təmizləmə

Ultrasonik təmizləmə məftil və kabel, lent və ya borular kimi davamlı materialların təmizlənməsi üçün ekoloji cəhətdən təmiz bir alternativdir. Güclü ultrasəs kavitasiyasının təsiri materialın səthindən yağ və ya yağ, sabun, stearat və ya toz kimi yağlama qalıqlarını təmizləyir. Hielscher Ultrasonics davamlı profillərin daxili təmizlənməsi üçün müxtəlif ultrasəs sistemləri təklif edir.
Davamlı profillərin ultrasəs təmizlənməsi haqqında daha çox məlumat üçün buraya vurun!

Sonication'ı üstün bir emal metodu edən nədir?

Sonication və ya mayeləri qarışdırmaq üçün yüksək tezlikli səs dalğalarının istifadəsi müxtəlif səbəblərə görə səmərəli emal üsuludur. Təxminən yüksək intensivlikdə və aşağı tezlikdə sonikasiyanın bəzi səbəbləri bunlardır. 20kHz mayelərin və şlamların emalı üçün xüsusilə təsirli və sərfəlidir:

1. Kavitasiya: Sonikasiyanın əsas mexanizmlərindən biri kavitasiya adlanan kiçik baloncukların yaranması və dağılmasıdır. 20 kHz-də səs dalğaları baloncukları səmərəli şəkildə yaratmaq və çökdürmək üçün düzgün tezlikdədir. Bu qabarcıqların dağılması yüksək enerjili şok dalğaları yaradır ki, bu da hissəcikləri parçalaya və sonikləşdirilən mayenin hüceyrələrini poza bilər.
2. Salınma və vibrasiya: Yaranan akustik kavitasiya ilə yanaşı, ultrasəs zondunun salınması mayedə əlavə qarışıqlıq və qarışdırma yaradır, bununla da kütlə ötürülməsini və/və ya deqazasiyanı təşviq edir.
3. Penetrasiya: 20 kHz-də səs dalğaları nisbətən uzun dalğa uzunluğuna malikdir, bu da onlara mayelərə dərindən nüfuz etməyə imkan verir. Ultrasəs kavitasiyası ultrasəs zondunun ətrafında görünən lokallaşdırılmış bir fenomendir. Proba olan məsafənin artması ilə kavitasiya intensivliyi azalır. Bununla belə, 20 kHz-də sonikasiya daha qısa dalğa uzunluğuna malik olan və nüfuz dərinliyində daha məhdud ola bilən yüksək tezlikli sonikasiya ilə müqayisədə daha böyük həcmdə mayeni effektiv şəkildə müalicə edə bilər.
4. Aşağı enerji istehlakı: Sonication, yüksək təzyiqli homogenləşdirmə və ya mexaniki qarışdırma kimi digər emal üsulları ilə müqayisədə nisbətən aşağı enerji istehlakı ilə həyata keçirilə bilər. Bu, onu mayelərin emalı üçün daha enerjiyə qənaət edən və qənaətcil üsula çevirir.
5. Xətti Ölçeklenebilirlik: Ultrasəs prosesləri daha böyük və ya daha kiçik həcmlərə tamamilə xətti ölçülə bilər. Bu, məhsulun keyfiyyətinin davamlı olaraq sabit saxlanıla biləcəyi üçün istehsalda proses uyğunlaşmalarını etibarlı edir.
6. Toplu və daxili axın: Ultrasonication toplu və ya davamlı daxili proseslər kimi həyata keçirilə bilər. Partiyaların sonikasiyası üçün ultrasəs zondu açıq qaba və ya qapalı partiya reaktoruna daxil edilir. Davamlı axın axınının sonikasiyası üçün ultrasəs axını hüceyrəsi quraşdırılmışdır. Maye mühit sonotrodu (ultrasəs titrəyişli çubuq) tək keçiddə və ya təkrar dövriyyədə keçir və ultrasəs dalğalarına məruz qalan yüksək vahid və səmərəlidir.

Ümumilikdə, sıx kavitasiya qüvvələri, aşağı enerji istehlakı və prosesin miqyası aşağı tezlikli, yüksək güclü sonikasiyanı mayelərin emalı üçün səmərəli üsula çevirir.

Ultrasonik emalın iş prinsipi və istifadəsi

Ultrasonication, böyük miqyaslı istehsal üçün çoxsaylı sənayelər tərəfindən qəbul edilmiş kommersiya emal texnologiyasıdır. Yüksək etibarlılıq və miqyaslılıq, eləcə də aşağı texniki xidmət xərcləri və yüksək enerji səmərəliliyi ultrasəs prosessorlarını ənənəvi maye emal avadanlığı üçün yaxşı alternativ edir. Ultrasəs əlavə maraqlı imkanlar təqdim edir: Kavitasyon – əsas ultrasəs effekti – bioloji, kimyəvi və fiziki proseslərdə unikal nəticələr verir. Məsələn, ultrasəs dispersiya və emulsifikasiya asanlıqla sabit nano ölçülü formulalar istehsal edir. Həmçinin botanika hasilatı sahəsində ultrasəs bioaktiv birləşmələri təcrid etmək üçün qeyri-termal üsuldur.

Aşağı intensivlikli və ya yüksək tezlikli ultrasəs əsasən analiz, dağıdıcı olmayan sınaq və görüntüləmə üçün istifadə edildiyi halda, yüksək intensivlikli ultrasəs mayelərin və pastaların emalı üçün istifadə olunur, burada intensiv ultrasəs dalğaları qarışdırmaq, emulsiya etmək, dispersiya etmək və deaglomerasiya etmək üçün istifadə olunur. , hüceyrənin parçalanması və ya fermentin deaktivasiyası. Mayeləri yüksək intensivliklə sonikləşdirən zaman səs dalğaları maye mühitdə yayılır. Bu, tezlikdən asılı olaraq dərəcələrlə yüksək təzyiq (sıxılma) və aşağı təzyiq (nadir olma) dövrlərinin dəyişməsi ilə nəticələnir. Aşağı təzyiq dövrü zamanı yüksək intensivlikli ultrasəs dalğaları mayedə kiçik vakuum qabarcıqları və ya boşluqlar yaradır. Baloncuklar artıq enerji qəbul edə bilməyəcək bir həcmə çatdıqda, yüksək təzyiq dövrü zamanı şiddətlə çökürlər. Bu fenomen kavitasiya adlanır. Partlayış zamanı yerli olaraq çox yüksək temperaturlara (təxminən 5000K) və təzyiqlərə (təxminən 2000atm) çatılır. Kavitasiya qabarcığının partlaması da sürəti saniyədə 280 metrə çatan maye axını ilə nəticələnir.

Mayelərdə ultrasəs kavitasiyası sürətli və tam deqazasiyaya səbəb ola bilər; sərbəst kimyəvi ionlar (radikallar) yaratmaqla müxtəlif kimyəvi reaksiyalara başlamaq; reaktivlərin qarışdırılmasını asanlaşdırmaqla kimyəvi reaksiyaları sürətləndirmək; aqreqatları dağıtmaqla və ya polimer zəncirlərində kimyəvi bağları daimi olaraq pozmaqla polimerləşmə və depolimerləşmə reaksiyalarını gücləndirmək; emulsiyalaşma sürətini artırmaq; diffuziya sürətini yaxşılaşdırmaq; yüksək konsentrasiyalı emulsiyalar və ya mikron ölçülü və ya nano ölçülü materialların vahid dispersiyaları istehsal etmək; heyvan, bitki, maya və ya bakteriya hüceyrələrindən fermentlər kimi maddələrin çıxarılmasına kömək etmək; yoluxmuş toxumadan virusları çıxarın; və nəhayət, mikroorqanizmlər də daxil olmaqla, həssas hissəcikləri aşındırır və parçalayır. (bax. Kuldiloke 2002)

Yüksək intensivlikli ultrasəs aşağı özlülüklü mayelərdə şiddətli ajitasiya yaradır ki, bu da materialları mayelərdə dağıtmaq üçün istifadə edilə bilər. (müq. Ensminger, 1988) Maye/bərk və ya qaz/bərk interfeyslərində, kavitasiya qabarcıqlarının asimmetrik partlaması diffuziya sərhəd qatını azaldan, konveksiya kütləsinin ötürülməsini artıran və adi qarışmanın olduğu sistemlərdə diffuziyanı əhəmiyyətli dərəcədə sürətləndirən ekstremal turbulentliklərə səbəb ola bilər. mümkün deyil. (müq. Nyborg, 1965)

Ədəbiyyat