Ultrazvuk: aplikace a procesy
Ultrazvuku se používá v mnoha aplikacích, jako je homogenizaci, rozpad, sonochemie, odplynění a čištění. Níže najdete systematický přehled o jednotlivých ultrazvukových aplikací a procesů.
Další informace o jednotlivých aplikacích získáte klepnutím na položky v následujícím seznamu.
ultrazvukové homogenizaci
Ultrazvukové procesory jsou používány jako homogenizátory, ke snížení drobných částeček v kapalině ke zlepšení jednotnosti a stability. Tyto částice (disperzní fáze) mohou být buď pevné nebo kapalné. Ultrazvuková homogenizaci je velmi účinný pro snížení měkké a tvrdé částice. Hielscher vyrábí ultrazvukové zařízení pro homogenizaci jakéhokoliv objemu kapaliny pro dávkové nebo in-line zpracování. Laboratorní ultrazvukové přístroje mohou být použity pro objemy od 1,5 ml do cca. 2L. Ultrazvukové průmyslových zařízení se používají pro proces vývoje a výroby šarže od 0,5 do cca 2000L nebo průtoky od 0.1L až 20 m³ za hodinu.
Klikněte zde se dozvíte více o ultrazvukové homogenizaci!
Ultrazvukové dispergační a rozdružovací
Dispergační a rozdružování pevných látek do kapalin je důležitá aplikace ultrazvukových přístrojů. Ultrazvuková kavitace generuje vysoké smykové síly, které rozkládají aglomeráty částic do jednoho dispergovaných částic. Míchání prášků do kapalin je společný krok při formulaci různých výrobků, jako jsou nátěrové hmoty, Inkoust, šampony, nápoje, nebo leštění média. Jednotlivé částice jsou drženy pohromadě přitažlivostí silami různé fyzikální a chemické povahy, včetně van der Waalsovy síly a tekutých povrchového napětí. Přitažlivost síly musí být překonány, aby se deaglomeraci a rozptýlení částic do tekutého média. Pro dispergování a de-aglomeraci prášků v kapalinách, vysoká intenzita ultrazvuku je zajímavou alternativou k vysokotlaké homogenizátory a rotor-stator-míchačky.
Klikněte zde se dozvíte více o ultrazvukové dispergační a deagglomeration!
ultrazvukové emulgaci
Široká škála meziproduktů a spotřebního zboží, jako jsou Kosmetika a pleťové vody, farmaceutické masti, laky, barvy a maziva a paliva jsou založeny zcela nebo zčásti emulzí. Emulze jsou disperze dvou nebo více nemísitelných kapalin. Vysoce intenzivní ultrazvukové dodávky energie potřebné k rozptýlit kapalné fáze (disperzní fáze) v malých kapek v druhé fázi (kontinuální fáze). V dispergační zóně, hroutí kavitační bubliny způsobují intenzivní rázové vlny v okolní kapalině, a vést ke vzniku kapalných proudy vysoké rychlosti kapaliny. Na příslušných úrovních hustotu energie, ultrazvuk může také dosáhnout střední kapičky velikosti menší než 1 mikron (mikro-emulze).
Klikněte zde se dozvíte více o ultrazvukové emulgaci!
Ultrazvukový Mokrá-frézovací a brusné
Ultrazvuku je účinným prostředkem pro mokré mletí a mikro-broušení částic. Zejména pro výrobu velmi jemného velikosti suspenzí, ultrazvuk má mnoho výhod ve srovnání s běžným zařízení pro rozměrovou redukci, jako jsou: koloidní mlýny (například kulový mlýn, perlových mlýnů), kotoučové mlýny nebo tryskové mlýny. Ultrazvuku umožňuje zpracování vysoké koncentrace a vysoce viskózních suspenzí - tedy snížení objemu, které mají být zpracovány. Ultrazvukové frézování je vhodný pro zpracování mikronů-velikost a Nano-velikost materiály, jako jsou keramika, trihydrát oxidu hlinitého, síran barnatý, uhličitan vápenatý a oxidy kovů.
Klikněte zde se dozvíte více o ultrazvukové mokrého mletí a mikro-broušení!
Ultrazvuková Buňka Rozpad
Ultrazvuk může rozpadnout vláknité, celulózových materiálů na jemné částice a prolomit stěny buněčné struktury. Tím se uvolní více materiálu uvnitř mobilní, jako je například škrob nebo cukr do kapaliny. Kromě toho, že buněčné stěny materiál se rozdrtí na malé úlomky.
Tento efekt může být použit pro fermentaci, trávení a dalších procesů přeměny organické hmoty. Po frézování a broušení, ultrazvuku je více uvnitř-buněčného materiálu např. škrob, stejně jako buněčná stěna úlomky k dispozici na enzymy, které přeměňují škrob na cukry. To také zvyšuje povrchovou plochu vystavenou enzymů při zkapalnění nebo zcukernatění. To však obvykle zvýšit rychlost a výtěžek fermentace kvasinek a dalších procesů přeměny, např pro zvýšení produkce etanolu z biomasy.
Klikněte zde se dozvíte více o ultrazvukové rozpadu buněčných struktur!
Ultrazvuková Mobilní Extraction
Extrakce enzymů a proteinů uloženy v buňkách a subcelulárních částic je účinné použití vysoké intenzity ultrazvuku, jako extrakce organických sloučenin obsažených v těle rostlin a semen rozpouštědla lze výrazně zlepšit. Ultrazvuk má potenciální přínos při těžbě a izolace nových potenciálně biologicky aktivních složek, např od non-využity produkt proudů vytvořených v současné procesy.
Klikněte zde pro více informací o těžbě ultrazvukové buňky!
Sonochemická Aplikace Ultrazvuk
Sonochemistry je použití ultrazvuku se chemických reakcí a procesů. Mechanismus způsobující sonochemická účinky v kapalinách je jev akustické kavitace. Tyto sonochemická účinky na chemických reakcí a procesů zahrnují zvýšení reakční rychlosti a / nebo výstupu, efektivnější využití energie, zlepšení výkonnosti katalyzátorů fázového přenosu, aktivace kovů a pevných látek nebo zvýšení reaktivity činidel nebo katalyzátorů,
Klikněte zde se dozvíte více o sonochemická účinky ultrazvuku!
Ultrazvukový Transesterifikace ropy na Biodiesel
Ultrazvuku zvyšuje chemickou rychlost reakce a výtěžek transesterifikací rostlinných olejů a živočišných tuků na bionaftu. To umožňuje měnit výrobu z dávkové zpracování pro průběžné zpracování toku a snižuje investiční a provozní náklady. Výroba bionafty z rostlinných olejů nebo živočišných tuků, zahrnuje základní katalyzovanou transesterifikaci mastných kyselin s methanolem nebo ethanolem, čímž se získá odpovídající methylestery nebo ethylestery. Ultrazvuku lze dosáhnout výtěžku bionafty vyšší než 99%. Ultrazvuk zkracuje dobu zpracování a výrazně doba separace.
Klikněte zde se dozvíte více o ultrazvukem asistované transesterifikací oleje do bionafty!
Ultrazvukový odplynění kapaliny
Odplyňování kapalin je zajímavá aplikace ultrazvukových zařízení. V tomto případě je ultrazvuk odstraňuje malé suspendované plynové bubliny z kapaliny a snižuje hladiny rozpuštěného plynu pod přirozenou rovnovážné úrovni.
Klikněte zde se dozvíte více o ultrazvukové odplynění tekutin!
Sonikace lahví a plechovek pro detekci úniku
Ultrazvuk se používá při plnění lahví a plnicí stroje pro kontrolu plechovky a láhve na těsnost. Okamžitý uvolňování kysličníku uhličitého, je rozhodující vliv ultrazvukových zkoušek těsnosti kontejnerů naplněných nápoje sycené oxidem uhličitým.
Klikněte zde pro více informací o ultrazvukovou detekcí netěsností!
Kontinuální Dezinfekce Hot Water Systems
K boji proti nebezpečné bakterie Legionella v systémech teplé vody a zajistit bezpečnější prostředí sprchování společnost Gruenbeck vyvinula GENO-break® systém. Tento systém využívá ultrazvukové technologie Hielscher v kombinaci s UV-C záření.
Klikněte zde pro více informací o ultrazvukem asistované dezinfekce!
Ultrazvuková Dráty, kabely a Strip Čištění
Ultrazvukové čištění je ekologicky šetrná alternativa pro čištění nepřetržitého materiálů, jako je drátů a kabelů, pásky nebo trubek. Účinek kavitace vytvořené ultrazvukové energie odstraňuje mazací zbytky, jako je olej nebo tuk, mýdel, stearáty nebo prachu.
Klikněte zde pro více informací o čištění ultrazvukem!
Všeobecné informace o zpracování ultrazvukem
Ultrazvuk se vyvinul z nové technologie, během posledních deseti let a vyvinula do plně komerční technologie zpracování. Vysoká spolehlivost a scaleablility stejně jako nízké náklady na údržbu a vysoká energetická účinnost provést ultrazvukové slibný uchazečem stanoveného zařízení pro zpracování kapalného. Ultrazvuk nabízí další zajímavé možnosti: kavitace - základní ultrazvukové efekt - umožňuje nové výsledky v biologických, chemických a fyzikálních procesů.
I když nízké intenzity nebo vysokofrekvenční ultrazvuk se používá hlavně pro analýzu, nedestruktivní zkoušení a zobrazování, s vysokou intenzitou ultrazvuk se používá pro zpracování kapalin, jako je například mísení, emulgační, dispergační a rozdružování, buněk dezintegrace z enzym deaktivace. When sonicating liquids at high intensities, the sound waves that propagate into the liquid media result in alternating high-pressure (compression) and low-pressure (rarefaction) cycles, with rates depending on the frequency. During the low-pressure cycle, high-intensity ultrasonic waves create small vacuum bubbles or voids in the liquid. When the bubbles attain a volume at which they can no longer absorb energy, they collapse violently during a high-pressure cycle. This phenomenon is termed cavitation. During the implosion very high temperatures (approx. 5,000K) and pressures (approx. 2,000atm) are reached locally. The implosion of the cavitation bubble also results in liquid jets of up to 280m/s velocity.
Obecně platí, že kavitace v kapalinách může způsobit rychlé a úplné odplynění: iniciovat různé chemické reakce tvorbou volných chemické ionty (radikály); Urychlit chemické reakce usnadněním směšování reakčních složek; zvýšení polymerace a depolymerační reakce dočasně dispergační agregáty nebo tím, že trvale štěpení chemických vazeb v polymerních řetězců; zvýšení emulgace ceny; zlepšení difúzních sazby; produkují vysoce koncentrované emulze nebo jednotné disperze mikronů velikosti nebo nano-velikosti materiály; pomáhat extrakce látek, jako jsou enzymy z živočišných, rostlinných, kvasinek, nebo bakteriální buňky; odstranění virů z infikovaného pletiva; a konečně, eroze a rozebrat vnímavých částic, včetně mikroorganismů. (Kuldiloke 2002).
Vysoce intenzivní ultrazvuk vytváří prudké míchání v nízko-viskózních kapalin, které mohou být použity k rozptýlit, (Ensminger, 1988) V kapalné / pevné látky nebo plynu / pevných rozhraní, asymetrická imploze kavitačních bublin může způsobit extrémní turbulencí, které snižují difúzní mezní vrstvy, zvýšit přenos konvekcí hmotnostní, a výrazně urychlit šíření v systémech, kde běžné míchání není možné. (Nyborg, 1965).
Literatura
Ensminger, D. E. (1988): Akustické a elektroakustické způsoby odvodňování a sušení, v: Sušení Tech. 6, 473 (1988).
Kuldiloke, J. (2002): Účinek ultrazvuku, teplota a tlak léčby na aktivitu enzymu an kvalitativních ukazatelů z ovocných a zeleninových šťáv; Ph.D. Práce na Technické univerzitě v Berlíně (2002).
Nyborg, W. L. (1965) Akustické Streaming, sv. 2B, Academie Press, New York (1965).