Υπερήχους είναι μια μηχανική μέθοδος επεξεργασίας που δημιουργεί ακουστική σπηλαίωση και πολύ έντονες φυσικές δυνάμεις. Ως εκ τούτου, υπερήχων χρησιμοποιείται για πολλές εφαρμογές όπως ανάμειξη, ομογενοποίηση, άλεση, διασπορά, γαλακτωματοποίηση, εκχύλιση, απαέρωση, και sono-χημικές αντιδράσεις.
Παρακάτω, θα μάθετε τα πάντα για τις τυπικές εφαρμογές και διαδικασίες υπερήχων.

Υπερήχων ομογενοποίηση

Οι ομογενοποιητές υπερήχων μειώνουν τα μικρά σωματίδια σε ένα υγρό για να βελτιώσουν την ομοιομορφία και τη σταθερότητα της διασποράς. Τα σωματίδια (φάση διασποράς) μπορεί να είναι στερεά ή υγρά σταγονίδια που αιωρούνται σε υγρή φάση. Η ομογενοποίηση με υπερήχους είναι πολύ αποτελεσματική για τη μείωση των μαλακών και σκληρών σωματιδίων. Η Hielscher κατασκευάζει υπερήχους για την ομογενοποίηση οποιουδήποτε υγρού όγκου και για επεξεργασία παρτίδας ή inline. Εργαστηριακές συσκευές υπερήχων μπορούν να χρησιμοποιηθούν για όγκους από 1.5mL έως περίπου 4L. Οι υπερηχητικές βιομηχανικές συσκευές μπορούν να επεξεργαστούν παρτίδες από 0,5 έως περίπου 2000L ή ρυθμούς ροής από 0,1L έως 20 κυβικά μέτρα ανά ώρα στην ανάπτυξη διεργασιών και στην εμπορική παραγωγή.
Κάντε κλικ εδώ για να διαβάσετε περισσότερα σχετικά με υπερήχων ομογενοποίηση!

Υπερήχων διασποράς και αποσυσσωμάτωση

Η διασπορά και η αποσυσσωμάτωση των στερεών σε υγρά είναι μια σημαντική εφαρμογή των υπερήχων τύπου ανιχνευτή. Η υπερηχητική / ακουστική σπηλαίωση δημιουργεί υψηλές δυνάμεις διάτμησης που σπάνε τα συσσωματώματα σωματιδίων σε μεμονωμένα, μεμονωμένα διασκορπισμένα σωματίδια. Η ανάμειξη σκονών σε υγρά είναι ένα κοινό βήμα στη διαμόρφωση διαφόρων προϊόντων, όπως χρώματα, βερνίκια, καλλυντικά προϊόντα, τρόφιμα και ποτά ή μέσα στίλβωσης. Τα μεμονωμένα σωματίδια συγκρατούνται μεταξύ τους από δυνάμεις έλξης διαφόρων φυσικών και χημικών φύσεων, συμπεριλαμβανομένων των δυνάμεων van-der-Waals και της υγρής επιφανειακής τάσης. Υπερήχους ξεπερνά αυτές τις δυνάμεις έλξης προκειμένου να αποσυσσωματωθούν και να διασκορπιστούν τα σωματίδια σε υγρά μέσα. Για τη διασπορά και την αποσυσσωμάτωση σκονών σε υγρά, η υπερήχους υψηλής έντασης είναι μια ενδιαφέρουσα εναλλακτική λύση για ομογενοποιητές υψηλής πίεσης, αναμικτήρες υψηλής διάτμησης, μύλους χάντρας ή μίξερ ρότορα-στάτορα.
Κάντε κλικ εδώ για να διαβάσετε περισσότερα σχετικά με Υπερήχων διασποράς και αποσυσσωμάτωση!

Υπερήχων Γαλακτωματοποίηση

Ένα ευρύ φάσμα ενδιάμεσων και καταναλωτικών προϊόντων, όπως καλλυντικά και λοσιόν δέρματος, φαρμακευτικές αλοιφές, βερνίκια, χρώματα και λιπαντικά και καύσιμα βασίζονται εξ ολοκλήρου ή εν μέρει σε γαλακτώματα. Τα γαλακτώματα είναι διασπορές δύο ή περισσότερων μη αναμίξιμων υγρών φάσεων. Ο υπερηχογράφος υψηλής έντασης παρέχει αρκετά έντονη διάτμηση για να διασκορπίσει μια υγρή φάση (διασκορπισμένη φάση) σε μικρά σταγονίδια σε μια δεύτερη φάση (συνεχής φάση). Στη ζώνη διασποράς, οι φυσαλίδες σπηλαίωσης που εκρήγνυνται προκαλούν έντονα κύματα κλονισμού στο περιβάλλον υγρό και έχουν ως αποτέλεσμα το σχηματισμό πίδακες υγρού υψηλής ταχύτητας υγρού (υψηλή διάτμηση). Υπερήχους μπορεί να προσαρμοστεί με ακρίβεια στο μέγεθος γαλακτώματος στόχου επιτρέποντας έτσι την αξιόπιστη παραγωγή μικρογαλακτωμάτων και νανογαλακτωμάτων.
Κάντε κλικ εδώ για να διαβάσετε περισσότερα σχετικά με υπερήχους γαλακτωματοποίηση!

Υπερήχων υγρό-άλεση και άλεση

Υπερήχους είναι ένα αποτελεσματικό μέσο για την υγρή άλεση και μικρο-άλεση των σωματιδίων. Ειδικότερα για την κατασκευή υδαρούς κοπριάς υπέρλεπτου μεγέθους, ο υπέρηχος έχει πολλά πλεονεκτήματα. Είναι ανώτερο από τον παραδοσιακό εξοπλισμό μείωσης μεγέθους, όπως: κολλοειδείς μύλοι (π.χ. μύλοι σφαιρών, μύλοι σφαιριδίων), μύλοι δίσκων ή μύλοι εκτόξευσης. Υπερήχους μπορεί να επεξεργαστεί υψηλής συγκέντρωσης και υψηλού ιξώδους πολτούς - μειώνοντας έτσι τον όγκο που πρόκειται να υποβληθεί σε επεξεργασία. Φυσικά, η άλεση με υπερήχους είναι κατάλληλη για την επεξεργασία υλικών μεγέθους micron και νανο-μεγέθους, όπως κεραμικά, χρωστικές ουσίες, θειικό βάριο, ανθρακικό ασβέστιο ή οξείδια μετάλλων. Ειδικά όταν πρόκειται για νανο-υλικά, υπερήχους υπερέχει στην απόδοση, καθώς οι εξαιρετικά επιδραστικές δυνάμεις διάτμησης δημιουργούν ομοιόμορφα μικρά νανοσωματίδια.
Κάντε κλικ εδώ για να διαβάσετε περισσότερα σχετικά με υπερήχων υγρή άλεση και μικρο-άλεση!

Ξήρανση με ψεκασμό TiO2 πριν και μετά την άλεση με υπερήχους

Υπερηχητική αποσύνθεση κυττάρων και λύση

Υπερήχων θεραπεία μπορεί να αποσυντεθεί ινώδες, κυτταρινικό υλικό σε λεπτά σωματίδια και να σπάσει τα τοιχώματα της δομής των κυττάρων. Αυτό απελευθερώνει περισσότερο από το ενδοκυτταροειδές υλικό, όπως το άμυλο ή η ζάχαρη στο υγρό. Αυτή η επίδραση μπορεί να χρησιμοποιηθεί για ζύμωση, πέψη και άλλες διαδικασίες μετατροπής οργανικής ύλης. Μετά την άλεση και την άλεση, υπερήχους κάνει περισσότερο από το ενδοκυττάριο υλικό, π.χ. άμυλο, καθώς και τα συντρίμμια κυτταρικό τοίχων διαθέσιμα στα ένζυμα που μετατρέπουν το άμυλο σε σάκχαρα. Αυξάνει επίσης την επιφάνεια που εκτίθεται στα ένζυμα κατά τη διάρκεια της υγροποίησης ή της σακχαροποίησης. Αυτό συνήθως αυξάνει την ταχύτητα και την απόδοση της ζύμωσης ζύμης και άλλων διαδικασιών μετατροπής, π.χ. για την ενίσχυση της παραγωγής αιθανόλης από βιομάζα.
Κάντε κλικ εδώ για να διαβάσετε περισσότερα σχετικά με την υπερηχητική αποσύνθεση των δομών των κυττάρων!

εκχύλιση με υπερήχους των βοτανικών

Η εκχύλιση βιοδραστικών ενώσεων που αποθηκεύονται σε κύτταρα και υποκυτταρικά σωματίδια είναι μια ευρέως χρησιμοποιούμενη εφαρμογή υπερήχων υψηλής έντασης. Υπερήχων εκχύλιση χρησιμοποιείται για την απομόνωση δευτερογενών μεταβολιτών (π.χ. πολυφαινόλες), πολυσακχαρίτες, πρωτεΐνες, αιθέρια έλαια και άλλα δραστικά συστατικά από την κυτταρική μήτρα των φυτών και των μυκήτων. Κατάλληλο για εκχύλιση με νερό και διαλύτη οργανικών ενώσεων, υπερήχηση βελτιώνει σημαντικά την απόδοση των βοτάνων που περιέχονται στα φυτά ή τους σπόρους. Υπερήχων εκχύλιση χρησιμοποιείται για την παραγωγή φαρμακευτικών προϊόντων, nutraceuticals / συμπληρωμάτων διατροφής, αρωμάτων και βιολογικών προσθέτων. Υπερήχων είναι μια πράσινη τεχνική εκχύλισης που χρησιμοποιείται επίσης για την εκχύλιση βιοδραστικών συστατικών σε βιοδιυλιστήρια, π.χ. απελευθέρωση πολύτιμων ενώσεων από μη χρησιμοποιούμενες ροές υποπροϊόντων που σχηματίζονται σε βιομηχανικές διεργασίες. Υπερήχους είναι μια εξαιρετικά αποτελεσματική τεχνολογία για βοτανική εκχύλιση σε εργαστηριακή και παραγωγική κλίμακα.
Κάντε κλικ εδώ για περισσότερες πληροφορίες σχετικά με την εκχύλιση με υπερήχους!

Sonochemical εφαρμογή των υπερήχων

Sonochemistry είναι η εφαρμογή του υπερήχου σε χημικές αντιδράσεις και διαδικασίες. Ο μηχανισμός που προκαλεί sonochemical αποτελέσματα στα υγρά είναι το φαινόμενο της ακουστικής σπηλαίωσης. Οι sonochemical επιδράσεις σε χημικές αντιδράσεις και διεργασίες περιλαμβάνουν αύξηση της ταχύτητας ή της εξόδου αντίδρασης, αποτελεσματικότερη χρήση ενέργειας, βελτίωση της απόδοσης των καταλυτών μεταφοράς φάσης, ενεργοποίηση μετάλλων και στερεών ή αύξηση της αντιδραστικότητας των αντιδραστηρίου ή καταλυτών.
Κάντε κλικ εδώ για να διαβάσετε περισσότερα σχετικά με τις sonochemical αποτελέσματα των υπερήχων!

Υπερήχων Τρανσεστεροποίηση του πετρελαίου σε βιοντίζελ

Υπερήχους αυξάνει την ταχύτητα χημικής αντίδρασης και την απόδοση της μετεστεροποίησης των φυτικών ελαίων και των ζωικών λιπών σε βιοντίζελ. Αυτό επιτρέπει την αλλαγή της παραγωγής από την επεξεργασία παρτίδας σε συνεχή επεξεργασία ροής και μειώνει το κόστος επένδυσης και λειτουργίας. Ένα από τα σημαντικότερα πλεονεκτήματα της υπερηχητικής κατασκευής βιοντίζελ είναι η χρήση χρησιμοποιημένων ελαίων όπως τα χρησιμοποιημένα μαγειρικά έλαια και άλλες πηγές πετρελαίου κακής ποιότητας. Υπερήχων μετεστεροποίηση μπορεί να μετατρέψει ακόμη και χαμηλής ποιότητας πρώτη ύλη σε υψηλής ποιότητας βιοντίζελ (μεθυλεστέρας λιπαρών οξέων / FAME). Η παραγωγή βιοντίζελ από φυτικά έλαια ή ζωικά λίπη, περιλαμβάνει την καταλυτική μετεστεροποίηση λιπαρών οξέων με μεθανόλη ή αιθανόλη για να δώσει τους αντίστοιχους μεθυλεστέρες ή αιθυλεστέρες. Υπερήχους μπορεί να επιτύχει απόδοση βιοντίζελ άνω του 99%. Ο υπέρηχος μειώνει σημαντικά το χρόνο επεξεργασίας και το χρόνο διαχωρισμού.
Κάντε κλικ εδώ για να διαβάσετε περισσότερα σχετικά με την υπερήχων υποβοηθούμενη μετεστεροποίηση του πετρελαίου σε βιοντίζελ!

Υπερηχητική απαέρωση και αερισμός υγρών

Η απαέρωση υγρών είναι μια άλλη σημαντική εφαρμογή υπερήχων τύπου καθετήρα. Οι υπερηχητικές δονήσεις και η σπηλαίωση προκαλούν τη συνένωση διαλυμένων αερίων σε ένα υγρό. Καθώς οι μικροσκοπικές φυσαλίδες αερίου ενώνονται, σχηματίζουν έτσι μεγαλύτερες φυσαλίδες που επιπλέουν γρήγορα στην επάνω επιφάνεια του υγρού από εκεί μπορούν να αφαιρεθούν. Έτσι, η υπερηχητική απαέρωση και απαέρωση μπορεί να μειώσει το επίπεδο διαλυμένου αερίου κάτω από το επίπεδο φυσικής ισορροπίας.
Κάντε κλικ εδώ για να διαβάσετε περισσότερα σχετικά με την υπερηχητική αποέρωση των υγρών!

Υπερήχων Σύρματα, Καλώδια και της Γάζας Καθαρισμός

Ο καθαρισμός με υπερήχους είναι μια φιλική προς το περιβάλλον εναλλακτική λύση για τον καθαρισμό συνεχών υλικών, όπως σύρμα και καλώδιο, ταινία ή σωλήνες. Η επίδραση της ισχυρής υπερηχητικής σπηλαίωσης αφαιρεί υπολείμματα λίπανσης όπως λάδι ή γράσο, σαπούνια, στεατικά ή σκόνη από την επιφάνεια του υλικού. Hielscher Υπέρηχοι προσφέρει διάφορα υπερηχητικά συστήματα για τον ενσωματωμένο καθαρισμό των συνεχών προφίλ.
Κάντε κλικ εδώ για περισσότερες πληροφορίες σχετικά με τον υπερηχητικό καθαρισμό συνεχών προφίλ!

Τι κάνει την κατεργασία με υπερήχους μια ανώτερη μέθοδο επεξεργασίας;

Κατεργασία με υπερήχους, ή η χρήση ηχητικών κυμάτων υψηλής συχνότητας για την ανάδευση υγρών, είναι μια αποτελεσματική μέθοδος επεξεργασίας για διάφορους λόγους. Ακολουθούν ορισμένοι λόγοι για τους οποίους η υπερήχηση σε υψηλή ένταση και χαμηλή συχνότητα περίπου 20kHz είναι ιδιαίτερα σημαντική και επωφελής για την επεξεργασία υγρών και πολτών:

1. Σπηλαίωση: Ένας από τους κύριους μηχανισμούς υπερήχων είναι η δημιουργία και η κατάρρευση μικροσκοπικών φυσαλίδων, ένα φαινόμενο που ονομάζεται σπηλαίωση. Στα 20kHz, τα ηχητικά κύματα βρίσκονται ακριβώς στη σωστή συχνότητα για να δημιουργήσουν και να συμπτύξουν φυσαλίδες αποτελεσματικά. Η κατάρρευση αυτών των φυσαλίδων παράγει κρουστικά κύματα υψηλής ενέργειας, τα οποία μπορούν να διασπάσουν σωματίδια και να διαταράξουν τα κύτταρα στο υγρό που υποβάλλεται σε υπερήχους.
2. Ταλάντωση και κραδασμοί: Εκτός από την παραγόμενη ακουστική σπηλαίωση, η ταλάντωση του υπερηχητικού καθετήρα δημιουργεί πρόσθετη ανάδευση και ανάμειξη στο υγρό, προωθώντας έτσι τη μεταφορά μάζας ή / και την απαέρωση.
3. Διείσδυση: Τα ηχητικά κύματα στα 20kHz έχουν σχετικά μεγάλο μήκος κύματος, το οποίο τους επιτρέπει να διεισδύσουν βαθιά σε υγρά. Υπερήχων σπηλαίωση είναι ένα εντοπισμένο φαινόμενο που εμφανίζεται στο περιβάλλον του υπερηχητικού καθετήρα. Με την αύξηση της απόστασης από τον καθετήρα, η ένταση της σπηλαίωσης μειώνεται. Ωστόσο, υπερήχηση σε 20kHz μπορεί να επεξεργαστεί αποτελεσματικά μεγαλύτερους όγκους υγρού, σε σύγκριση με υπερήχηση υψηλότερης συχνότητας που έχει μικρότερα μήκη κύματος και μπορεί να είναι πιο περιορισμένη στο βάθος διείσδυσής της.
4. Χαμηλή κατανάλωση ενέργειας: Κατεργασία με υπερήχους μπορεί να επιτευχθεί με σχετικά χαμηλή κατανάλωση ενέργειας σε σύγκριση με άλλες μεθόδους επεξεργασίας, όπως ομογενοποίηση υψηλής πίεσης ή μηχανική ανάδευση. Αυτό το καθιστά μια πιο ενεργειακά αποδοτική και οικονομικά αποδοτική μέθοδο επεξεργασίας υγρών.
5. Γραμμική επεκτασιμότητα: Υπερήχων διαδικασίες μπορεί να κλιμακωθεί εντελώς γραμμική σε μεγαλύτερους ή μικρότερους όγκους. Αυτό καθιστά αξιόπιστες τις προσαρμογές της διαδικασίας στην παραγωγή, καθώς η ποιότητα του προϊόντος μπορεί να διατηρείται συνεχώς σταθερή.
6. Ροή παρτίδας και ενσωματωμένη ροή: Υπερήχους μπορεί να εκτελεστεί ως παρτίδα ή ως συνεχείς ενσωματωμένες διαδικασίες. Για την υπερήχηση των παρτίδων, ο υπερηχητικός καθετήρας εισάγεται στο ανοικτό δοχείο ή στον κλειστό αντιδραστήρα παρτίδας. Για την υπερήχηση ενός συνεχούς ρεύματος ροής, εγκαθίσταται ένα υπερηχητικό κύτταρο ροής. Το υγρό μέσο περνά το sonotrode (ράβδος δόνησης υπερήχων) σε μονή διέλευση ή ανακυκλοφορία και είναι εξαιρετικά ομοιόμορφο και αποτελεσματικό εκτεθειμένο στα κύματα υπερήχων.

Συνολικά, οι έντονες δυνάμεις σπηλαίωσης, η χαμηλή κατανάλωση ενέργειας και η επεκτασιμότητα της διαδικασίας καθιστούν την υπερήχηση χαμηλής συχνότητας και υψηλής ισχύος μια αποτελεσματική μέθοδο επεξεργασίας υγρών.

Αρχή λειτουργίας και χρήση της επεξεργασίας υπερήχων

Υπερήχους είναι μια εμπορική τεχνολογία επεξεργασίας, η οποία έχει υιοθετηθεί από πολλές βιομηχανίες για παραγωγή μεγάλης κλίμακας. Η υψηλή αξιοπιστία και η κλιμάκωση καθώς και το χαμηλό κόστος συντήρησης και η υψηλή ενεργειακή απόδοση καθιστούν τους επεξεργαστές υπερήχων μια καλή εναλλακτική λύση για τον παραδοσιακό εξοπλισμό επεξεργασίας υγρών. Ο υπέρηχος προσφέρει πρόσθετες συναρπαστικές ευκαιρίες: Σπηλαίωση - το βασικό υπερηχητικό αποτέλεσμα - παράγει μοναδικά αποτελέσματα σε βιολογικές, χημικές και φυσικές διεργασίες. Για παράδειγμα, η υπερηχητική διασπορά και γαλακτωματοποίηση παράγει εύκολα σταθερές συνθέσεις νανο-μεγέθους. Επίσης στον τομέα της βοτανικής εκχύλισης, ο υπέρηχος είναι μια μη θερμική τεχνική για την απομόνωση βιοδραστικών ενώσεων.

Ενώ ο υπέρηχος χαμηλής ή υψηλής συχνότητας χρησιμοποιείται κυρίως για ανάλυση, μη καταστροφικό έλεγχο και απεικόνιση, ο υπέρηχος υψηλής έντασης χρησιμοποιείται για την επεξεργασία υγρών και πάστας, όπου τα έντονα κύματα υπερήχων χρησιμοποιούνται για ανάμιξη, γαλακτωματοποίηση, διασπορά και αποσυσσωμάτωση, αποσύνθεση κυττάρων ή απενεργοποίηση ενζύμων. Κατά την κατεργασία με υπερήχους υγρών σε υψηλές εντάσεις, τα ηχητικά κύματα διαδίδονται μέσω των υγρών μέσων. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα εναλλασσόμενους κύκλους υψηλής πίεσης (συμπίεση) και χαμηλής πίεσης (αραίωση), με ρυθμούς ανάλογα με τη συχνότητα. Κατά τη διάρκεια του κύκλου χαμηλής πίεσης, τα υπερηχητικά κύματα υψηλής έντασης δημιουργούν μικρές φυσαλίδες κενού ή κενά στο υγρό. Όταν οι φυσαλίδες φτάσουν σε έναν όγκο στον οποίο δεν μπορούν πλέον να απορροφήσουν ενέργεια, καταρρέουν βίαια κατά τη διάρκεια ενός κύκλου υψηλής πίεσης. Αυτό το φαινόμενο ονομάζεται σπηλαίωση. Κατά τη διάρκεια της κατάρρευσης επιτυγχάνονται τοπικά πολύ υψηλές θερμοκρασίες (περίπου 5.000K) και πιέσεις (περίπου 2.000atm). Η κατάρρευση της φυσαλίδας σπηλαίωσης οδηγεί επίσης σε πίδακες υγρού έως και 280 μέτρα ανά δευτερόλεπτο ταχύτητας.

Υπερήχων σπηλαίωση σε υγρά μπορεί να προκαλέσει γρήγορη και πλήρη απαέρωση; ξεκινήστε διάφορες χημικές αντιδράσεις δημιουργώντας ελεύθερα χημικά ιόντα (ρίζες). επιταχύνουν τις χημικές αντιδράσεις διευκολύνοντας την ανάμιξη των αντιδρώντων. ενίσχυση των αντιδράσεων πολυμερισμού και αποπολυμερισμού με διασπορά συσσωματωμάτων ή με μόνιμη θραύση χημικών δεσμών σε πολυμερείς αλυσίδες. αύξηση των ποσοστών γαλακτωματοποίησης · βελτίωση των ρυθμών διάχυσης · παράγουν γαλακτώματα υψηλής συγκέντρωσης ή ομοιόμορφες διασπάσεις υλικών μεγέθους micron ή νανο-μεγέθους· βοηθούν στην εκχύλιση ουσιών όπως ένζυμα από ζωικά, φυτικά, ζυμομύκητες ή βακτηριακά κύτταρα. αφαιρέστε τους ιούς από μολυσμένο ιστό. και τέλος, διαβρώνουν και διασπούν ευαίσθητα σωματίδια, συμπεριλαμβανομένων των μικροοργανισμών. (πρβλ. Κουλντιλόκε 2002)

Ο υπέρηχος υψηλής έντασης παράγει βίαιη ανάδευση σε υγρά χαμηλού ιξώδους, τα οποία μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη διασπορά υλικών σε υγρά. (πρβλ. Ενσμίνγκερ, 1988) Σε διεπαφές υγρού/στερεού ή αερίου/στερεού, η ασύμμετρη κατάρρευση φυσαλίδων σπηλαίωσης μπορεί να προκαλέσει ακραίες αναταράξεις που μειώνουν το οριακό στρώμα διάχυσης, αυξάνουν τη μεταφορά μάζας μεταφοράς και επιταχύνουν σημαντικά τη διάχυση σε συστήματα όπου δεν είναι δυνατή η συνηθισμένη ανάμειξη. (πρβλ. Νίμποργκ, 1965)

Βιβλιογραφία