Процесите на ултразвук могат да се извършват чрез използването на ултразвуков хомогенизатор тип сонда или ултразвукова вана. Въпреки че, и двете техники прилагат ултразвук към пробата, има значителни разлики в ефективността, ефективността и възможностите на процеса. Ultrasonicators тип сонда excel ултразвукова вана драстично, когато става въпрос за интензивност на ултразвука, амплитуда, единна обработка, и възпроизводимост.

Желаните ефекти от ултразвук на течности – включително хомогенизиране, Диспергиращи, агломерати, фрезоване, емулгиране, екстракция, лизис, дезинтеграция и sonochemical ефекти - са причинени от кавитация, Чрез въвеждане на ултразвук с висока мощност в течна среда, звуковите вълни се предават във флуида и създават алтернативни цикли на високо налягане (сгъстяване) и ниско налягане (разреждане), с честота, която зависи от честотата. По време на цикъла с ниско налягане високочестотните ултразвукови вълни създават мехурчета или празнини в течността. Когато мехурчетата достигнат обем, при който вече не могат да поглъщат енергия, те се разпадат бурно по време на цикъл с високо налягане. Това явление се нарича кавитация. По време на имплозията се достигат много високи температури (приблизително 5000K) и налягания (приблизително 2000 атм). Имплозията на кавитационния балон също води до течни струи с скорост до 280 м / сек. [Suslick 1998]

Moholkar и сътр. (2000) установяват, че мехурите в областта на най-високия интензитет кавитация подложени преходно движение, докато мехурчетата в района на най-ниската интензивност кавитация подложени стабилен / колебателно движение. Преходното разпадането на мехурчетата, който поражда местната температура и налягане максимуми е в основата на наблюдаваните ефекти на ултразвук на химически системи.
Интензитетът на ултразвук е функция на използваната енергия и повърхност издатина. За дадена подаване на енергия се прилага: колкото по-голяма площ на повърхността на издатината, толкова по-ниска интензивност на ултразвук.
Ултразвуковите вълни могат да бъдат получени от различни видове ултразвукови системи. По-нататък, разликите между соникация помощта на ултразвукова вана, ултразвукова сонда устройство в отворен съд и ултразвукова сонда устройство с клетъчно поток камера ще бъдат сравнени.

Сравнение на Cavitational гореща разпределението на място

За ултразвукови приложения се използват ултразвукови сонди (сонотрод / рога) и ултразвукови вани. “Сред тези два метода на ултразвук ултразвук, сондиране на сондата е по-ефективен и мощен от ултразвуковата вана при прилагането на дисперсия на наночастици; ултразвуковото устройство за баня може да осигури слаба ultrasonication с приблизително 20-40 W / L и много неунифицирано разпределение, докато ултразвуковото устройство за сонда може да осигури 20 000 W / L в течността. По този начин това означава, че ултразвуково устройство за сонда превъзходи ултразвуковото устройство за баня от фактора на 1000.” (срв. Asadi et al., 2019)

Ултразвукова вана

В ултразвукова баня, кавитация настъпва не-съобразен и неконтролируемо разпределени през резервоара. Ефектът на ултразвук е с ниска интензивност и неравномерно разпространение. Повторяемостта и мащабируемостта на процеса е много лошо.
Картината по-долу показва резултатите от изпитване на фолио в ултразвукова резервоара. Следователно, тънък алуминиев или фолио се поставя в дъното на вода попълнено ултразвукова резервоара. След обработка с ултразвук, единични марка ерозия са видими. Тези единични перфорирани петна и дупки в фолио посочат Cavitational горещи точки. Поради ниска енергия и неравен разпространение на ултразвука в резервоара, марки ерозионните възникват само спот-мъдър. Следователно, ултразвукови вани се използват най-вече за по почистването.

Фигурите по-долу показват, неравномерното разпределение на Cavitational горещи точки в ултразвукова вана. На фиг. 2, вана с дъно площ от 20×10 см са били използвани.

За измерванията показани на Фиг. 3, се използва ултразвукова баня с дъно пространство на 12x10cm.

И двете измервания показва, че разпределението на ултразвуковото поле облъчване в ултразвуковите резервоарите е много неравномерно.
Изследването на ултразвуково облъчване при различни места в банята показва значителни пространствени промени в интензитета на кавитация в ултразвукова вана.

Фиг. 4 по-долу сравнява ефикасността на ултразвукова вана и ултразвукова сонда устройство описан от обезцветяване на азо багрило метил виолет.

Dhanalakshmi и сътр. намерено в тяхното проучване, което сонда тип ултразвукови устройства имат високо локализиран интензивност в сравнение с резервоар тип и следователно, по-голяма локализиран ефект, както е показано на фиг. 4. Това означава по-висок интензитет и ефективност на процеса на обработка с ултразвук.
Ултразвуков настройка, както е показано в картина 4, позволява пълен контрол над най-важните параметри - амплитуда, налягане, температура, вискозитет, концентрация, обем на реактора.

Ултразвукова сонда Устройство отворена бехерова чаша

Когато пробите се обработва с ултразвук с помощта на ултразвукова сонда устройство, ултразвук зона на интензивно е директно под издатина / сондата. ултразвукови разстояние облъчване се ограничава до определена област на върха на издатината на. (Виж pic.1)
Ултразвукови процеси в отворени чаши се използват предимно за тестване приложимост и за подготовка на пробите по-малки обеми.

Ултразвукова сонда устройство в режим на непрекъснат поток

най-сложните Резултатите от обработка с ултразвук, се постигат чрез непрекъсната обработка в режим на затворен потока. Всички материали се обработват по същия ултразвук интензитет като пътя на потока и време на престой в камерата за ултразвукова реактор се контролира.

Pic. 4: 1 kW ултразвукова система UIP1000hd с поток клетки и помпа

Резултатите процеса на ултразвукова обработка течност за дадена конфигурация параметър са функция от енергията на преработени обем. Функцията се променя с промени в отделни параметри. Освен това, действителната мощност и интензивността на повърхност на издатината на ултразвукова единица зависи от параметрите.

В Cavitational въздействието на ултразвукова обработка зависи от интензивността на повърхност, която е описано от амплитудата (А), налягане (р), обем на реактора (VR), температурата (Т), вискозитет (η) и др. плюс и минус знаци показват положително или отрицателно влияние на съответния параметър на интензитет на ултразвук.

Чрез контролиране на най-важният параметър на процеса на обработка с ултразвук на процеса е напълно повторяем и постигнатите резултати могат да бъдат мащабирани напълно линейни. Различни видове sonotrodes и клетъчни поток реактори ултразвукови дават възможност за адаптиране към специфичните изисквания на процеса.

резюме

Докато по- Ултразвукова вана осигурява слаб звукообработка с ок. 20-40 W / L и много нееднакво дистрибуция, ултразвукова сонда тип устройства може лесно двойка прибл. 20.000 W / L в преработения среда. Това означава, че ултразвукова сонда тип устройство превъзхожда ултразвукова баня от фактор на 1000 (1000x по-висок разход на енергия за единица обем) поради фокусирани и униформа ултразвукова мощност. Пълният контрол над най-важните параметри Ултразвуковата вана, гарантира напълно възпроизводими резултати и линейна скалируемост на резултатите на процеса.