Hielscher Ultralydsteknologi

Probe-Type Sonication vs Ultrasonic Bath: En Effektivitets Sammenligning

Sonikationsprocesser kan udføres ved brug af en ultralydshomogenisator af sondtype eller et ultralydbad. Selvom begge teknikker anvender ultralyd til prøven, er der betydelige forskelle i effektivitet, effektivitet og procesfunktioner.

De ønskede effekter fra ultralydningen af ​​væsker – inklusive homogenisering, sprede, deagglomeration, fræsning, emulgering, Udvinding, Lysering, disintegration og sonokemiske virkninger - skyldes kavitation. Ved at indføre ultralyd med høj effekt i et flydende medium, transmitteres lydbølgerne i væsken og skaber alternerende højtryks- (kompression) og lavtrykscykluser med frekvenser afhængigt af frekvensen. Under lavtrykscyklussen skaber højintensitets ultralydbølger små vakuumbobler eller hulrum i væsken. Når boblerne når et volumen, hvor de ikke længere kan absorbere energi, falder de voldsomt under en højtrykscyklus. Dette fænomen betegnes som kavitation. Under implosionen nås meget høje temperaturer (ca. 5.000K) og tryk (ca. 2.000atm) lokalt. Implutionen af ​​kavitationsboblen resulterer også i flydende stråler med en hastighed på op til 280m / s. [Suslick 1998]

Kavitationsbobler kan differentieres i stabile og forbigående bobler. (Klik for større billede!)

Moholkar et al. (2000) fandt ud af, at boblerne i området med højeste kavitationsintensitet gennemgik en forbigående bevægelse, mens boblerne i området med laveste kavitationsintensitet gennemgik stabil / oscillerende bevægelse. Den forbigående sammenbrud af boblerne, som giver anledning til lokale temperatur- og trykmaxima, er kernen i de observerede effekter af ultralyd på kemiske systemer.
Intensiteten af ​​ultralyd er en funktion af energiindgangen og det sonotrode overfladeareal. For en given energiindgang gælder: Jo større overfladen af ​​sonotroden er, desto lavere er ultralydets intensitet.
Ultralydbølger kan genereres af forskellige typer ultralydsystemer. I det følgende sammenlignes forskellene mellem sonikering ved anvendelse af et ultralydbad, ultralydsondeindretning i en åben beholder og ultralydsondsanordning med flowcellekammer.

Sammenligning af cavitational hot spot distribution

Ultralyd bad

I et ultralydbad forekommer kavitationen uforenelig og ukontrollabelt fordelt gennem tanken. Sonication effekten er af lav intensitet og ujævnt sprede. Repeterbarheden og skalerbarheden af ​​processen er meget dårlig.
Billedet nedenfor viser resultaterne af en folietest i en ultralydstank. Derfor placeres en tynd aluminium eller tinfolie i bunden af ​​en vandfyldt ultralydstank. Efter lydbehandling er enkelte erosionsmærker synlige. Disse enkelte perforerede pletter og huller i folien indikerer de cavitational hot spots. På grund af den lav energi og ujævn distribution af ultralydet i tanken, erosionsmærkerne forekommer kun spot-wise. Derfor bruges ultralydsbade hovedsagelig til rengøringsapplikationer.

In an ultrasonic bath or tank, the ultrasonic "hot spots" forekommer meget ujævnt. (Klik for større billede!)
Tallene nedenfor viser den ujævne fordeling af cavitational hot spots i et ultralydbad. I figur 2 er et bad med et bundområde på 20×10 cm er blevet brugt.
Ujævn kavitation i et ultralydbad (Klik for større billede!)

Til målingerne vist i figur 3 er der anvendt et ultralydbad med et bundrum på 12x10 cm.
Figuren viser den ujævne rumlige fordeling af ultralydspoterne i et ultralydbad. (Klik for større billede!)
Begge målinger viser, at fordelingen af ​​ultralydsbestrålingsfeltet i ultralydstankerne er meget ujævn.
Undersøgelsen af ​​ultralydsbestråling på forskellige steder i badet viser signifikante rumlige variationer i kavitationsintensiteten i ultralydsbadet.

Fig. 4 nedenfor sammenligner effektiviteten af ​​et ultralydbad og en ultralydprobeindretning, der er eksemplificeret ved affarvning af azofarvestofmetylviolet.
Højere effektivitet ved sonde-type sonikering (Klik for større billede!)
Dhanalakshmi et al. fundet i deres undersøgelse at sonde-type ultralyd enheder har a højt lokaliseret intensitet sammenlignet med tank-type og dermed større lokaliseret effekt som afbildet i figur 4. Dette betyder en højere intensitet og effektivitet af sonikationsprocessen.
En ultralydopsætning som vist på billede 4 giver mulighed for fuld kontrol over de vigtigste parametre - amplitude, tryk, temperatur, viskositet, koncentration, reaktorvolumen.

Probe-type sonikering er meget effektiv og effektiv CVS en sonicator bad

Probe-type sonikering med Uf200 ः t

Kontakt os / bede om flere oplysninger

Tal med os om dine forarbejdning krav. Vi vil anbefale de bedst egnede setup og procesparametre til dit projekt.





Bemærk venligst, at vores Fortrolighedspolitik.


Ultrasonic processing: Cavitational "hot spot"

Pic 1: Ultralyd sonotrode sender lydbølger til væske. Tåget under sonotroderens overflade angiver kavitational hot spot-området.

Fordele Probe-Sonication:

  • intens
  • fokuseret
  • fuldt kontrollerbar
  • jævn fordeling
  • reproducerbar
  • lineær opdeling
  • batch og in-line

Ultrasonic Probe Device i et åbent bægerglas

Når prøverne sonikeres ved hjælp af en ultralydssondeanordning, er den intense sonikationszone direkte under sonotroden / sonden. Ultralydsbestrålingsafstanden er begrænset til et bestemt område af sonotrodens spids. (se billede 1)
Ultralydsprocesser i åbne bæger anvendes hovedsageligt til gennemførlighedsprøvning og til prøveudarbejdelse af mindre volumener.

Ultralyd sondeanordning i kontinuerlig strømningsmodus

De mest sofistikerede sonikationsresultater opnås ved en kontinuerlig behandling i en lukket gennemstrømningsmodus. Alt materiale behandles med samme ultralydintensitet, da strømningsvejen og opholdstid i ultralydreaktorkammeret styres.

Ultralyd inline behandling med flow cell reaktor (Klik for større billede!)

Bil. 4: 1kW ultralydsystem UIP1000hd med flowcelle og pumpe

Procesresultaterne af ultralyd væskebehandling for en given parameterkonfiguration er en funktion af energien pr. Behandlet volumen. Funktionen ændres med ændringer i individuelle parametre. Endvidere afhænger den faktiske effektudgang og intensitet pr. Overfladeareal af sonotroden af ​​en ultralydsenhed af parametrene.

De vigtigste parametre for ultralydsbehandling omfatter amplitude (A), tryk (p), reaktorvolumen (VR), temperatur (T) og viskositet (η).

Kavitationsvirkningen af ​​ultralydsbehandling afhænger af overfladens intensitet, der afskrives af amplitude (A), tryk (p), reaktorvolumenet (VR), temperaturen (T), viskositeten (η) og andre. Plus- og minustegnene indikerer en positiv eller negativ indflydelse af den specifikke parameter på sonikationsintensiteten.

Ved at kontrollere den vigtigste parameter i sonikationsprocessen er processen fuldstændig repeterbar, og de opnåede resultater kan skaleres helt lineært. Forskellige typer af sonotroder og ultralydstrømscellereaktorer giver mulighed for tilpasning til specifikke proceskrav.

Resumé

Mens a Ultralyd bad giver a svag sonikering med ca. 20-40 W / L og en meget uensartet fordeling, ultralyd sonde-type enheder kan nemt par ca. 20.000 W / L i det behandlede medium. Det betyder, at en ultralyd sonde-type enhed udmærker et ultralydbad med faktor 1000 (1000x højere energiindgang pr. Volumen) på grund af en fokuseret og Ensartet ultralydseffektindgang. Den fulde kontrol over de vigtigste sonikationsparametre sikrer fuldstændig reproducerbar resultater og lineær skalerbarhed af procesresultaterne.

Kraftig lydbehandling med en ultralydsensor.

Pic.3: Sonikering i et åbent reagensglas med en ultralyd lab anordning med sonotrode / probe

Litteratur / Referencer

 

  • Dhanalakshmi, NP; Nagarajan, R. (2011): Ultralyd intensivering af den kemiske nedbrydning af methylviolet: En eksperimentel undersøgelse. I: Worlds Acsd. Sci. Engine Tech 2011, Vol. 59, 537-542.
  • Kiani, H .; Zhang, Z. Delgado, A .; Sun, D.-W. (2011): Ultralydassisteret nucleation af nogle væskeformige og faste modelfødevarer under frysning. I: Food Res. Intl. 2011, bind 44 / nr. 9, 2915-2921.
  • Moholkar, VS; Sable, SP; Pandit, AB (2000): Kortlægning af kavitationsintensiteten i et ultralydbad ved anvendelse af den akustiske emission. I: AIChE J. 2000, Vol.46 / No.4, 684-694.
  • Nascentes, CC; Korn, M .; Sousa, CS; Arruda, MAZ (2001): Anvendelse af ultralydsbade til analytiske applikationer: En ny tilgang til optimeringsbetingelser. I: J. Braz. Chem. Soc. 2001, vol. 12 / nr. 1, 57-63.
  • Santos, HM; Lodeiro, C., Capelo-Martinez, J.-L. (2009): The Power of Ultrasound. I: Ultralyd i kemi: Analytisk anvendelse. (udgivet af J.-L. Capelo-Martinez). Wiley-VCH: Weinheim, 2009. 1-16.
  • Suslick, KS (1998): Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology; 4. udgave. J. Wiley & Sønner: New York, 1998, vol. 26, 517-541.

 

Kontakt os / bede om flere oplysninger

Tal med os om dine forarbejdning krav. Vi vil anbefale de bedst egnede setup og procesparametre til dit projekt.





Bemærk venligst, at vores Fortrolighedspolitik.




Fakta Værd at vide

Ultralydsvævshomogenisatorer henvises ofte til sonde-sonicator, sonisk lyser, ultralydsforstyrrelser, ultralydslibemaskine, sono-ruptor, sonifier, sonic dismembrator, celleforstyrrende, ultralyd dispergeringsmiddel eller opløsningsmiddel. De forskellige vilkår er resultatet af de forskellige applikationer, der kan opfyldes af sonikering.